¿Cómo aparecería realmente una estrella de neutrones?

Su pregunta es demasiado general, necesita llegar a ejemplos específicos.

Primero, muy pocas estrellas de neutrones son púlsares. Los púlsares son una fase breve durante el giro hacia abajo de un púlsar al comienzo de la vida de una estrella de neutrones, o son el producto del giro hacia arriba de una estrella de neutrones en un sistema binario. La mayoría de las estrellas de neutrones no entran en ninguna de estas categorías.

Una estrella de neutrones estándar se verá como cualquier otra estrella a una temperatura similar. La mayoría de ellas serán muy calientes, de hecho, 100.000 K o más, aunque las historias de enfriamiento de las estrellas de neutrones aún son inciertas y dependen de una física exótica. Tal objeto es "candente": emite radiación de cuerpo negro en todas las frecuencias visibles para el ojo (y mucho más en las longitudes de onda UV).

¿Qué tan cerca tendría que estar para que su luminosidad/magnitud aparente coincida con el Sol? Bueno, eso depende del tamaño y la temperatura de la estrella de neutrones. Se cree que la mayoría tiene un diámetro de 20 km. La forma en que haría el cálculo es equiparar el flujo radiativo de cuerpo negro por unidad de área a una distancia dada a la constante de radiación solar de aproximadamente 1300 W por metro cuadrado. Sin embargo, hay dos arrugas para una estrella de neutrones: primero, la radiación se desplaza gravitacionalmente hacia el rojo, por lo que la temperatura que medimos es más baja que la temperatura en la superficie. En segundo lugar, la Relatividad General nos dice que podemos ver más que un hemisferio de la estrella de neutrones, es decir, podemos ver alrededor de la parte posterior, y esto aumenta el flujo que observamos. Estos son aproximadamente factores de dos efectos, por lo que solo para obtener una estimación del orden de magnitud,$T=10^{5}$k

Usando la ley de Stefan para un cuerpo negro, luego a distancia$d$, tenemos eso

Para$r=10$kilómetros, entonces$d=7 \times 10^{8}$m, que coincidentemente se trata de un radio solar. Por supuesto, esta distancia depende del cuadrado de la temperatura, por lo que un NS más joven con$T=10^6$entonces$d \sim 1$au.

Estas son las distancias donde el flujo total en todas las longitudes de onda sería similar al del Sol. Para hacer el cálculo solo para el rango visible, debemos tener en cuenta la corrección bolométrica, que convierte una magnitud visual en una magnitud bolométrica. La corrección bolométrica para el Sol es$\sim 0$, mientras que la corrección bolométrica para una estrella muy caliente podría ser de -5 mag. Esto significa que solo el 1% del flujo de la estrella de neutrones caliente emerge en la banda visible en comparación con la luz solar. Esto significa que las distancias calculadas anteriormente, si requerimos que el brillo visual de la estrella de neutrones sea similar al del Sol, debe reducirse en un factor de 10.

Para pasar a los púlsares. Tenga en cuenta que la radiación pulsada tiene un componente óptico y se ha visto radiación óptica pulsada de varios púlsares. La emisión de sincrotrón óptico parecería ser un brillo intenso y periódico del púlsar, a medida que el haz barre la línea de visión. Si no estuviera en la línea de visión, no vería la emisión óptica pulsada. Si pudiera observar el rayo que pasa a través de la nebulosidad o algún otro medio alrededor del púlsar, entonces sí, es posible que haya algunos efectos que podría ver en términos de ionización o luz dispersa proveniente de la trayectoria del rayo.

Por último, el efecto de lente gravitacional. Sí, esto debería ser fuerte cerca de una estrella de neutrones. El ángulo de desviación (en radianes) viene dado por

Así que considere un planeta directamente detrás de la estrella de neutrones a una distancia de 1 au. La luz de esto solo necesitaría ser doblada a través de un ángulo de$\sim 2 \times 10\ km/1\ au \sim 10^{-7}$radianes para ser visto desde un planeta diametralmente opuesto a una distancia de 1 au. Así que esto es fácilmente posible. Sin embargo, la imagen probablemente estaría muy distorsionada, especialmente si la estrella de neutrones estuviera girando. No se vería muy diferente a esta imagen de agujero negro simulado, pero con una estrella de neutrones brillante en el medio en lugar de un disco negro.

La afirmación de que un Pulsar se verá como un cuerpo negro con una temperatura alta no está respaldada por la evidencia. Las mediciones ópticas del Crab Pulsar muestran un espectro plano. Vea esto . Este es el resultado de que la emisión óptica proviene de la radiación de sincrotrón en lugar de la superficie caliente.

Los resultados recientes de Gaia DR2 incluyen el Crab Pulsar como DR23403818172572314624, este tiene un color BP-RP de 1.0494 que equivale a una temperatura de alrededor de 5100 K del diagrama DR2 HR. Esto es muy similar a la temperatura que se muestra en los datos DR2. Esto debe usarse con precaución ya que la calibración es para una estrella con una atmósfera de 'Cuerpo Negro' en lugar de una 'atmósfera' que irradia debido a la Radiación de sincrotrón. Vea esto para obtener los datos completos de DR2.

No sabemos qué tan grande es la 'atmósfera' radiante, pero se podría calcular una idea aproximada a partir de los datos DR2 en el enlace de arriba. Sin embargo, la incertidumbre de paralaje (distancia) es bastante grande, por lo que se necesitaría una mejor medición de la distancia.

Puedo dar una respuesta, pero agradezco la corrección.

Me preguntaba cómo se vería un púlsar para un ser humano, en luz visible

No parecería mucho en el espectro de luz visible a menos que hubiera una nebulosa significativa, entonces podríamos ver el efecto del púlsar en la nebulosa, pero no el púlsar en sí. Los rayos X y las ondas de radio no son visibles, y si el púlsar no estuviera dirigido hacia nosotros, no lo veríamos pasar por el espacio vacío.

Las estrellas de neutrones son generalmente demasiado calientes para que las veamos. Si uno se enfriara significativamente, tal vez a 10 o 20 mil grados en la superficie, entonces podría brillar visiblemente azul y verse como la estrella más brillante en el cielo, todavía solo un punto en el cielo, pero el punto más brillante en el cielo a 1 UA.

Pero en su mayoría son demasiado calientes para brillar en la luz visible.

Lo que podrías ver desde 1 UA de una estrella de neutrones podría ser el disco de acreción. La materia que cae en una estrella de neutrones se calienta mucho y la energía del impacto es mucho mayor que la energía de la fisión, por lo que a medida que la materia se acerca a la estrella de neutrones y entra en espiral, probablemente esté hablando de rayos X y rayos gamma, pero es posible que vea un disco de acreción visiblemente brillante a cierta distancia, tal vez en una órbita que decae gradualmente. En efecto, lo que podría ver dependería de lo que hay alrededor de la estrella de neutrones que de la estrella misma.

Según tengo entendido, el haz del púlsar se proyecta desde los polos magnéticos de la estrella en lugar de los polos de rotación, que no están necesariamente alineados entre sí. Dado que los púlsares giran extremadamente rápido y el haz podría ser visible a grandes distancias, como si brillara a través de la nebulosa del púlsar, ¿aparecería como una línea recta, una línea curva o tal vez un cono?

El problema aquí es que no puedes ver el rayo. Ves la luz cuando apunta hacia ti, no puedes ver un rayo de luz en el espacio (incluso si es luz visible).

Puede ver un rayo que no apunta hacia usted en la atmósfera debido al reflejo del polvo y las moléculas de agua en el aire.

(ver imagen pequeña)

En el espacio, la materia está mucho más dispersa. Es cierto que un púlsar puede iluminar parte de una nebulosa, aunque la nebulosa también puede brillar por sí misma de todos modos (no estoy 100% seguro de eso), pero una nebulosa es muy grande y muy dispersa. Para verlo a simple vista, no creo que veas mucho más que quizás un gran resplandor.

Si pudieras ver un haz de púlsar, la luz tarda 8 minutos en recorrer 1 AU, y un púlsar puede girar cientos de veces, quizás miles de veces en 8 minutos, por lo que si pudieras ver el haz, sería enormemente curvada, como una espiral. La luz en sí misma viajaría en línea recta, pero dado que la fuente de la luz giraba rápidamente, aparecería así (imagen a continuación), si hubiera suficiente material para que la luz se reflejara (que probablemente no lo sería, no dentro de 1 AU).

En realidad, no se parecería en nada a eso, pero si pudieras ver el rayo, así se vería. Lo que parece esa espiral desde un solo punto es un púlsar, apagado, encendido, apagado, encendido, apagado, encendido, etc.

Además, la luz nunca viaja en espiral, viaja en línea directa alejándose del Pulsar, pero como la espiral de agua aquí , que cae en línea recta, pero parece que cae en espiral (si eso tiene sentido). ).

Dada la increíble densidad de las estrellas de neutrones y sus pequeños tamaños físicos, ¿se distorsionaría visiblemente el cielo nocturno hasta el punto en que (por ejemplo) justo después de la puesta del sol en un planeta hipotético, uno podría observar otros planetas cerca o detrás de la estrella que de otro modo ser bloqueado por eso?

Bueno, para empezar, sin un sol allí, los planetas probablemente no serían visibles. Si la estrella de neutrones brillara intensamente debido a un disco de acreción caliente, no podrías ver nada detrás de ella porque el brillo haría que ver la luz doblada a su alrededor palideciera en comparación.

Ahora bien, si la estrella de Neutrones estuviera oscura, a nuestros ojos, entonces podríamos ver lentes de gravedad a su alrededor, pero las estrellas, no los planetas, porque los planetas estarían oscuros. (La luna también sería muy oscura, visible más por lo que tapa que por lo que ilumina). Sin embargo, la lente sería bastante pequeña. La lente visible sería solo unas pocas veces el diámetro de la estrella de neutrones, tal vez 100 millas de ancho, lo cual, a 93 millones de millas de distancia es realmente pequeño. Es posible que vea alguna deformación extraña de una estrella aquí o allá cuando está correctamente alineada, pero para ver cualquier lente visible interesante necesitaría un telescopio bastante potente.

Dadas sus pequeñas áreas superficiales, ¿seguiría apareciendo una estrella de neutrones tan luminosa como, por ejemplo, el Sol, a una distancia similar? ¿Qué tan cerca tendrías que estar de una estrella de neutrones para que su magnitud aparente coincida con la del Sol desde la Tierra?

Algo tocado en esto arriba. La estrella de neutrones puede emitir mucha energía en su haz de púlsar, pero en su mayoría son rayos X, no luz visible. Su brillo dependería de la cantidad de material que caiga en él en ese momento, por lo que no hay una respuesta correcta sobre qué tan cerca debería estar la Tierra para tener el mismo brillo. También es un tipo diferente de brillo, en su mayoría luz no visible. Pero no hay forma de responder a esa pregunta porque depende de demasiadas cosas.

Cuando se acaba de formar una estrella de neutrones (lo que generalmente sucede después de una supernova, por lo que se libera una enorme energía), pero cuando la estrella se acaba de formar, tiene quizás 12-15 millas de diámetro pero la temperatura de la superficie puede ser (suponiendo) quizás mil millones de grados, aunque se enfría muy rápido. Una estrella de neutrones muy joven podría emitir más energía a nuestro sol, aunque gran parte estaría en forma de neutrinos que pasarían en gran medida a través de la Tierra. Pero ese nivel de producción de energía no duraría mucho. Se enfriaría hasta alrededor de un millón de grados en unos pocos años. fuente _

Si asumimos que la superficie del púlsar es como la de otras estrellas de neutrones, a menos que el rayo apunte hacia ti, se verá como otras estrellas de neutrones. RX J1856.5-3754 ( https://en.wikipedia.org/wiki/RX_J1856.5-3754) es una de las pocas estrellas de neutrones que podemos ver en longitudes de onda ópticas. Tiene una magnitud visual de 25,6 a ≈61 parsecs (la magnitud visual aparente del Sol a esa distancia sería de unos 8,75). Girando las manivelas obtengo una magnitud visual absoluta MV de 21.67 y una luminosidad visual de ≈.00000018. Tomando la raíz cuadrada, necesitaría estar a una distancia de aproximadamente 0,00043 AU, o aproximadamente una décima parte del diámetro del Sol para que sea tan brillante como el Sol desde la Tierra, visualmente. Con solo 14 km de diámetro, sería muy pequeño, alrededor del 4,7% del diámetro aparente del Sol, no mucho más que un punto. Pero como se señaló anteriormente, la luminosidad bolométrica real de la estrella de neutrones sería mucho, mucho mayor. Una persona que lo mirara (sin protección) desde esa distancia sería cegado y frito en poco tiempo. Uno también podría estar lo suficientemente lejos en el pozo de gravedad a esa distancia que los efectos relativistas que oscurecen la estrella serían menores y la estrella parecería aún más brillante. Y también se podrían notar algunos efectos de marea. Esta situación requiere el "casco de productos generales" que Larry Niven usó para su historia, "¡Estrella de neutrones!"