¿Tratando de sobrevivir a una estrella de neutrones que pasa excavando profundamente en la corteza del planeta?

Creo que estarán bien.

Comencemos por averiguar a qué nos enfrentamos. Las estrellas de neutrones pueden producir radiación de alta energía a través de dos medios: emisión térmica y no térmica. La emisión térmica es solo la luz emitida por un cuerpo negro. Las estrellas de neutrones jóvenes que han comenzado a enfriarse (un par de años, más jóvenes que esta) tienen temperaturas de$\sim10^6$Kelvin. Suponiendo un radio de aproximadamente 10 km, la ley de Stefan-Boltzmann predice que una estrella de neutrones joven debería tener una luminosidad de aproximadamente el 19% de la del Sol. La emisión térmica alcanza su punto máximo en algún lugar cerca del límite entre los rayos ultravioleta y los rayos X, lo que significa que mucho de esto será peligroso para los humanos.

Si la estrella de neutrones se comporta como un púlsar, también emitirá radiación no térmica a través de la emisión de sincrotrón. Probablemente conozca mejor los púlsares a partir de las observaciones de radio, pero en los púlsares más energéticos, la mayor parte de la energía de rotación del púlsar se convierte en rayos X y rayos gamma; hay una correlación débil entre la frecuencia de la luz y la fracción de la energía de giro descendente que entra en esa banda de frecuencia.$^{\dagger}$La potencia liberada por un púlsar típico con período$P$y periodo de tiempo derivado$\dot{P}$es

$$\dot{E}\approx4\times10^{31}\;\text{erg s}^{-1}\left(\frac{\dot{P}}{10^{-15}}\right)\left(\frac{P}{\text{s}}\right)^{-3}$$ Esto suele representar un pequeño porcentaje de la luminosidad solar, por lo que es justo decir que nuestra estrella de neutrones debería tener una luminosidad total, incluidas las emisiones térmicas y no térmicas, de aproximadamente$0.25L_{\odot}$. Ish. Y eso es generoso, porque su estrella de neutrones es ciertamente más antigua, lo que gracias al enfriamiento podría reducir esto en 1-2 órdenes de magnitud. En cualquier caso, creo que podemos asumir que este es principalmente el tipo de radiación de alta energía que preferiríamos evitar.

(Breve interludio: ha mencionado que la estrella de neutrones tiene un disco de acreción, pero que no se comporta como un púlsar. Eso es un poco extraño por dos razones: 1) la estrella de neutrones tendría que haber estado en una órbita cercana a su compañera estrella para acumular esa materia en primer lugar, lo que parece incompatible con un planeta remotamente cerca de la zona habitable, y 2) las estrellas de neutrones que acumulan materia ganan momento angular, lo que aumenta sus velocidades de rotación y las convierte en púlsares de milisegundos, a medida que aumenta en el momento angular también activa el mecanismo de emisión de púlsares no muy bien entendido. En otras palabras, me sorprendería ver una estrella de neutrones con un disco de acreción noemitiendo pulsos de radiación. Junto con la extrañeza de tener un disco de acreción mientras se encuentra en una órbita amplia, ¡me gustaría disputar esa parte de la premisa!)

El flujo en el planeta depende de qué tan lejos esté de la estrella de neutrones. Digamos que el acercamiento más cercano es alrededor de 100 AU; un pase del orden de 10 AU o menos tiene un riesgo decente de causar problemas orbitales, particularmente si hay otros planetas en el sistema (¡gracias a Loren Pechtel por confirmar esto !). El flujo en la superficie es entonces de unos 0,034 vatios por metro cuadrado.$^{\ddagger}$Si un humano sin protección que pesa 80 kg (¿área transversal de algo así como 2 metros cuadrados?) se expusiera a esta cantidad de radiación durante un año, recibiría una dosis de aproximadamente 27,000 Sieverts. Según tengo entendido, nos gustaría reducir esto por debajo de 1 Sievert para reducir significativamente el riesgo de enfermedad por radiación. No es bueno.

Sin embargo, absolutamente podríamos construir blindaje. El plomo tiene una capa de valor medio de 4,8 mm contra los rayos gamma, por lo que podríamos reducir la radiación en los cuatro órdenes de magnitud necesarios con 15 veces esta longitud. Nada mal. Incluso si la distancia a la estrella de neutrones es un orden de magnitud menor, aumentando la dosis en un factor de 100, todavía necesitaríamos un blindaje de plomo de unos 10 cm, si mis números son correctos. La tierra en sí tiene una capa de valor medio de 115 cm , por lo que 25 metros de tierra proporcionarían una protección adecuada contra el peor escenario de aproximación de 10 UA.

Discutamos brevemente los efectos gravitacionales, ya que mencionaste las fuerzas de marea y las ondas gravitacionales. Las fuerzas de marea serían mínimas ya que a distancias interplanetarias no hay diferencia gravitacional entre un$\sim1.5M_{\odot}$estrella de neutrones y una$\sim1.5M_{\odot}$estrella de la secuencia principal; Las fuerzas de las mareas solo son importantes muy cerca de la superficie. Las ondas gravitacionales son una posibilidad de pequeñas imperfecciones en la superficie de la estrella de neutrones del orden de milímetros más o menos ( irónicamente las llamamos "montañas" ). Las montañas en una estrella de neutrones a una distancia de 100 UA deberían producir una tensión del orden de$\sim10^{-20}$, más o menos un par de órdenes de magnitud ( Lasky 2015 ), lo que no causará problemas.

Estoy seguro de que estos números están un poco equivocados: un factor de 10 aquí, un factor de 3 allá. Probablemente sobrestimé la radiación térmica y la contribución de alta energía de la radiación no térmica, y creo que también sobreestimé qué tan cerca puede estar la estrella de neutrones sin afectar la órbita del planeta. El punto, sin embargo, es que incluso si me equivoco por 1-2 órdenes de magnitud, el pozo de una mina de un kilómetro o más de profundidad debería ser lo suficientemente acogedor contra lo que sea que una estrella de neutrones pueda arrojar a estos colonos. Y eso es probablemente sustancialmente excesivo.

De todos modos, es hora de empezar a cavar.

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$^{\dagger}$Manual de Astronomía Pulsar , Lorimer & Kramer. También mi referencia para otras partes de esta respuesta.

$^{\ddagger}$Esto es un poco impreciso porque la radiación pulsada no térmica no se emitirá por igual en todas las direcciones. Una suposición razonable es que el haz cubre aproximadamente el 10% del cielo en un momento dado (aunque esto depende del período del pulso), lo que significa que el flujo cuando barre el planeta será mayor que en el caso de la emisión isotrópica. Por el contrario, no hay garantía de que los rayos atraviesen el planeta.