¿Las estrellas de neutrones reflejan la luz?

La configuración es muy simple: tiene un ( 1.35 a 2 masas solares) evolucionó una estrella de neutrones, y haces brillar ondas electromagnéticas planas sobre ella con una determinada λ . Muy aproximadamente, ¿cuál será el flujo total de radiación EM absorbida/dispersada?

¿Cambiará el resultado si la estrella de neutrones es joven y no ha evolucionado?

Respuestas (4)

Una estrella de neutrones tendrá una capa delgada de materia normal en la superficie y, por supuesto, refleja la luz como cualquier otra materia normal.

Pero supongo que realmente estás preguntando si el neutronio refleja la luz, y esa es una muy buena pregunta que un rápido Google no pudo responder. La radiación EM generalmente interactúa con dipolos o dispersa electrones, por lo que supongo que la materia hecha de neutrones debería ser transparente.

HASTA DONDE SE,neutron star ≠ neutronium,neutronium ⟹ " norte girando alrededor norte ¯ átomos". Neutron starImplica "puro norte con capa de materia atómica.
Elimina eso, neutronio = neutrones puros. Extraño: el resto de las partículas se convierten en pares de partículas y antipartículas cuando se les agrega -onium .
Gracias por su respuesta y por la referencia, ¡en realidad es muy relevante!
¿El índice de refracción sería el mismo que el del vacío o sería una lente gigante? ¿ Este comentario dice que el momento magnético de los neutrones aún podría interactuar con EM?
Habría un corrimiento al rojo gravitacional razonable cerca de la superficie de una estrella, por lo que esperaría que la luz reflejada se pusiera roja.
@Martin, probablemente no lo harías, porque habrá un desplazamiento azul comparable de la luz incidente.
El enlace a la página astronomy.SE redirige a una respuesta no relacionada (en la pregunta 220).
Gracias. El enlace debe haberse roto cuando Astronomy SE cerró y luego reabrió como beta.
Las estrellas de neutrones no solo consisten en neutrones, incluso en sus interiores. Creo que esto hace que su suposición sea incorrecta. Hay muchos electrones (libres) dentro de las estrellas de neutrones.
@RobJeffries: para ser justos, refiné la pregunta sobre si el neutronio refleja la luz o no. Usted señala que el interior de las estrellas de neutrones reales no es neutronio puro, lo cual no sabía pero parece plausible, pero ya hemos establecido que una estrella de neutrones real refleja la luz porque su superficie es reflectante.
¿Por qué las estrellas de neutrones serían reflectantes? Por lo general, se supone que son cuerpos negros casi perfectos y, por lo tanto, absorben casi toda la luz que incide sobre ellos. Si la superficie fuera reflectante, las estrellas de neutrones no podrían enfriarse mediante procesos radiativos.
@RobJeffries: quise decir reflexivo en el sentido de tener una reflectividad distinta de cero. Si la reflectividad es del 0,1% o del 99,9% no lo sé, y de todos modos eso no es lo interesante de la pregunta. Lo interesante es cuáles serían las propiedades ópticas del neutronio (puro).
La pregunta no se refiere al neutronio, que no existe dentro de las estrellas de neutrones. Su respuesta es vaga sobre las propiedades reflectantes de la superficie: todo excepto un agujero negro tiene una reflectividad entre 0 y 100%.
No sabía hasta ahora que "neutronio" normalmente se refiere a algo más que "materia degenerada de estrellas de neutrones", aunque sabía que el término se había usado para "núcleos que contienen solo neutrones".

Por lo general, se supone que las estrellas de neutrones tienen espectros intrínsecos que se aproximan mucho a los cuerpos negros, aunque los detalles son muchos y necesitan una consideración completa de los fuertes campos magnéticos y la electrodinámica cerca de la superficie. Tienen una capa delgada (pocos cm) de material gaseoso no degenerado en su superficie, rico en elementos de pico de hierro ionizados o parcialmente ionizados. Sin embargo, la acreción del ISM posiblemente signifique que la mayoría de las estrellas de neutrones tienen presente una capa de hidrógeno o helio.

El modelado de atmósferas de estrellas de neutrones está bien establecido (encontré esta revisión de Potehkin (2014)extremadamente útil). Las estrellas de neutrones no magnéticas aisladas tienen espectros que son similares, pero no idénticos, a los cuerpos negros. Puede haber características de absorción si hay densidades significativas de elementos con pico de hierro en la atmósfera. La atmósfera H/He tiene espectros desplazados hacia energías más altas. Los campos magnéticos fuertes introducen más complicaciones, incluidas las líneas de absorción del ciclotrón. En estos modelos, es poco probable que la estrella de neutrones sea muy reflectante porque, por definición, algo que se aproxima a un cuerpo negro absorbe la mayor parte de la radiación que incide sobre él. Algunas estrellas de neutrones aisladas ahora se han observado en longitudes de onda de rayos X y sus espectros están cerca de los cuerpos negros con alguna evidencia de amplias características de absorción que podrían deberse a las líneas de ciclotrón (por ejemplo, Haberl 2005 ).

Sin embargo , existe la idea de que en algunas estrellas de neutrones, la atmósfera exterior puede ser lo suficientemente fría y/o el campo magnético lo suficientemente fuerte como para causar una transición de fase a un estado sólido justo debajo de una atmósfera de hidrógeno muy delgada ( Turolla et al. 2004 ) . . En estas circunstancias, la superficie puede volverse (parcialmente) reflectante. Potekhin et al. (2012) consideraron una superficie de hierro condensada en campos magnéticos fuertes ( 10 12 − 10 14   GRAMO ) cubierto por una atmósfera muy delgada. Encuentran ciertos rangos de energía fotónica donde la reflectividad puede alcanzar del orden del 50 por ciento.

Las estrellas de neutrones más viejas tendrán temperaturas más bajas y probablemente campos magnéticos más bajos. El estado de ionización de la atmósfera cambiará y los efectos de los campos magnéticos disminuirán.

Hm, generalmente, uno asume una declaración general primero y luego argumenta a favor de una en particular. Por ejemplo, generalmente se esperaría que incluso los medios ópticamente gruesos fueran reflectantes y, de hecho, ¿por qué no dispersaría parte de la luz incidente?
@AlexeyBobrick Sí, espero que haya pequeñas desviaciones dependientes de la longitud de onda del comportamiento del cuerpo negro, tal como las hay para otras atmósferas estelares. Supongo que depende de lo que quieras decir con "algunos". ¿Qué gases ionizados son altamente reflectantes?
Altamente - ninguno, pero el coeficiente de reflexión de 0.1-0.2 tampoco es tan pequeño. Considere las nubes: no están ionizadas, por supuesto, pero son opacas y bastante reflectantes. ¿Por qué la densa atmósfera de una estrella de neutrones no sería igualmente reflectante?
@AlexeyBobrick Entonces, ¿está diciendo que si hago brillar un láser (onda EM plana según la pregunta) en una "nube", recibiré el 10-20% de la radiación de regreso? No. Y tampoco una nube puede ser considerada un cuerpo negro, mientras que una estrella de neutrones sí (en una buena aproximación).
Tenía en mente algo como esto: en.wikipedia.org/wiki/Cloud_albedo . El láser probablemente se reflejaría mejor si estuviera sintonizado en algunas de las líneas de absorción. Y sí, no es un cuerpo negro. Pero la aproximación de cuerpo negro se usa para obtener emisión y debido al hecho de que la atmósfera de la estrella de neutrones es ópticamente gruesa en las longitudes de onda que emite.

Una estrella de neutrones es principalmente neutrones, pero contiene protones hasta cierto punto permitido por la gravedad, ya que un estado de neutrones puro es inestable a la desintegración beta. Los protones se acumulan en la superficie debido a su repulsión electrostática y forman allí un estado similar al de un fermi-gas.

El fermi-gas de los protones reflejará la luz de longitud de onda larga como un metal común: la superficie, si raspa la materia común, será brillante como un espejo.

La estrella de neutrones permanece neutral debido a la conservación de la carga, por lo que no se producirá el movimiento macroscópico de los protones debido a las fuerzas electrostáticas. Otro punto a mencionar es que las estrellas de neutrones tienen que tener una atmósfera, ya que la presión de la superficie cae continuamente a cero (de lo contrario, la superficie se expandiría hasta que la presión exterior llegara a cero). Por lo tanto, cerca de la superficie, en una capa delgada, habrá todo tipo de estados físicos de la materia. Una conclusión definitiva de todo esto y de lo que dices, indirectamente, es que las estrellas de neutrones no son transparentes.
@AlexeyBobrick: sí, estoy de acuerdo, el gas de electrones que neutraliza al protón también es como un metal. Por lo tanto, tiene dos fluidos cargados que reflejan la luz, aún brilla una vez que raspa la materia ordinaria.
Esto es correcto. Aunque la atmósfera podría hacer que parezca un metal en una fina nube de hidrógeno, con algunas capas extrañas en el medio (fuerte campo magnético, altos gradientes de distribución de especies, etc.)
El problema aquí es que los protones libres no se acumulan en la superficie. Se recombinan con electrones para formar neutrones. Las superficies de las estrellas de neutrones probablemente consisten en núcleos de pico de hierro no degenerados, parcialmente ionizados y electrones libres.
@RobJeffries: Hay una densidad de equilibrio de protones entre los neutrones, porque la purificación de neutrones por inestabilidad gravitacional nunca es perfecta. Los protones adicionales se acumulan en la superficie. La materia ordinaria es una cosa separada, formando lo que se llama una "atmósfera" sobre la superficie de la estrella de neutrones. La bola nuclear contiene una fracción de protones en equilibrio termodinámico a través de la desintegración beta.
Las estrellas de neutrones tienen una atmósfera, luego tienen una corteza (de hasta varios kilómetros de espesor), y solo en el interior de esta se encuentran protones libres en el fluido n,p,e. heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/objects/binaries/…
@RobJeffries: Cierto, pero la pregunta era qué vería si pudiera hacer rebotar la luz en la superficie de la estrella de neutrones, no en la corteza de materia ordinaria. Los protones son los reflectores cargados capaces de moverse, y estas cargas libres son las que dominan las propiedades de reflexión de la superficie. Claro, la corteza sería diferente, pero la pregunta era sobre el material nuclear en el interior. Podría ser posible hacer esto correctamente imaginando que se despega la materia normal y mirando rápido, antes de que tenga la oportunidad de reformarse, o usando una gamma que puede penetrar en las capas exteriores.
@RonMaimon eso no es lo que hace la pregunta. E, incluso si lo fuera, no hay forma de describir con precisión dónde comienza y termina la corteza. ¿Qué pasa con la fase de pasta nuclear? Es posible que tenga razón acerca de que la reflectividad de eso es alta (aunque no puede observarla), pero nada de lo que he visto habla de algún tipo de gradiente de concentración de protones en el fluido npe.
@RobJeffries: El modelo es una bola de neutrones con un gradiente de protones, no conozco el estado teórico de los modelos de pasta nuclear, son modelos de alta temperatura hasta donde puedo ver, relevantes solo durante el colapso, no a baja temperatura modelos La otra respuesta explicaba la corteza, acabo de explicar el fenómeno general de la reflectividad en una superficie conductora libre. Una bola de neutrones tiene un gradiente de protones con una superficie conductora libre, independientemente de lo que digan los demás. Según tengo entendido, este es el modelo adecuado para una estrella de neutrones fría, con una transición de fase brusca en la corteza.

Martin, la luz que cae se desplaza hacia el azul y se desplaza hacia el rojo en la reflexión. No hay cambio general, creo. Sin embargo, se verá que una fuente de luz mecánicamente fuerte en la superficie de la estrella de neutrones (!) emite una luz más roja de lo normal.

Si la estrella de neutrones tuviera su materia normal raspada (dejada como ejercicio para el estudiante), entonces no veo cómo la luz interactuaría con ella. Los rayos gamma duros serían absorbidos, pero ¿algo más? No.

Los neutrones tienen un momento dipolar y hay una densidad de gas de protones en las estrellas de neutrones, que debería reflejar la luz como un metal brillante.
Mismo comentario que para la respuesta aceptada. Las estrellas de neutrones contienen muchos protones y electrones libres. Serían completamente opacos a la luz. Si serían reflexivos es un asunto diferente. Ciertamente, no puede raspar la materia normal, porque se formaría más materia normal, tal vez como una mancha.
¿Habría también una capa de materia enana blanca entre la materia de neutrones y la materia normal?
¿Las estrellas de neutrones reflejan la luz?
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