Radiación de rayos X en la órbita de HDE226868

Cygnus X-1 es famoso como una de las fuentes de rayos X más potentes del cielo. Según el Observatorio Naval de EE. UU. , el flujo máximo de Cygnus X-1 (cerca de la parte inferior de la última página del enlace) es de 1,2672 cangrejos en el rango de 2-10 keV. 1.2672 Cangrejos es igual a$3.04\times10^{-11} \text{ W/m}^2$.

Tengo la distancia a Cygnus X-1 en ~1900 parsecs o$5.9\times10^{19} \text{m}$, mientras que la distancia de HDE 226868 es$3.0\times10^{10} \text{m}$lejos. Utilizando las relaciones de la ley del cuadrado inverso, calculo que el flujo de rayos X a la distancia de HDE 2268868 es

Qué extremadamente rápido eso te matará

Un rad es igual a 0,01 J depositados en 1 kg. Mil rads te matarán. Digamos que el cuerpo humano pesa 100 kg con un área de superficie unidireccional de 0,5 m$^2$, y unos 20 cm de espesor. El cuerpo humano es mayoritariamente agua, que tiene una capa de valor medio (HVL) para una radiación de 300 keV de 5,823 cm (Datos de aquí , última página). Esto significa que si una persona tiene 20 cm de grosor, absorbe 4 medias capas de radiación; alternativamente podemos decir que$1/2^4 = 0.0625$de la radiación se escapa, o se absorbe alrededor del 93%. Esto es para 300 keV, que es mucho más alto que los 2-10 keV que en realidad estaríamos viendo. Esos rayos X de menor energía tienen más probabilidades de ser absorbidos, podemos suponer que todos los rayos X incidentes son absorbidos por el cuerpo humano.

La HVL del plomo es de aproximadamente 0,16 cm (nuevamente para la radiación relativamente alta de 300 keV). Para reducir 117 MW a 0,117 W por metro cuadrado, necesita nueve órdenes de magnitud, o 1,4 cm de plomo. Esto obtendrá solo alrededor de un cuarto de rad por segundo. Eso lo llevará al nivel de envenenamiento por radiación de ~ 200 rad en aproximadamente 13 minutos. Seis órdenes de magnitud más te dan unos 24 años antes de la intoxicación por radiación con unos 2,4 cm de plomo.

¡Hasta aquí todo bien! ¡Podemos proteger a nuestra gente!

Ahora echemos un vistazo a lo que 117 MW le está haciendo a esa ventaja. La densidad del plomo es de 11340 kg/m$^3$y un metro cuadrado de plomo de 2,4 cm de espesor son 0,024 metros cúbicos. La capacidad calorífica del plomo es de 128 J/kg K. Cada 1 m$^2$la superficie del casco de plomo pesa 272 kg y se necesitan 35 kJ para elevarse 1 grado kelvin. Para protegernos de los rayos X, esta barrera de plomo debe absorber toda la energía de los rayos X. Entonces, el casco de nuestra nave aumentará alrededor de 3342 K por segundo, ya que proporciona suficiente protección para protegernos de los rayos X.

Conclusión

Sin perder más tiempo calculando la radiación del cuerpo negro y demás, uno puede suponer que el calentamiento de rayos X del agujero negro escoriará (¡y plasmará!) cualquier cosa en la órbita de HDE226868.

Si la fuente de rayos X más potente del cielo está a más de 6000 años luz, es bueno seguir estando a 6000 años luz de ella.

Me gustan las dos respuestas proporcionadas, pero agregaré información sobre la estrella y el viento estelar en sí y me basaré en estas dos respuestas.

Para empezar, creo que es seguro decir, según la respuesta de Kingledion, que la emisión de rayos X del agujero negro quemaría cualquier nave espacial que orbitara cerca de la estrella con un camino sin obstrucciones hacia el agujero negro. Esto significa que la única órbita "segura", con respecto a la emisión de rayos X, será el punto de Lagrange correspondiente, como se menciona en la respuesta de Will. Este punto protegerá a la nave espacial de los rayos X del agujero negro manteniendo siempre la estrella entre ella y el agujero negro (básicamente un escudo de 6 millones de millas). Pero ¿qué pasa con el viento estelar?

Bueno, primero pongamos algunos números;

El viento estelar de nuestro sol (principalmente llamado viento solar) normalmente varía entre 400 y 750 km/s, dependiendo de si es el viento solar rápido o lento. El viento estelar de las estrellas tipo O y B es mucho más rápido, acercándose a ~2000 km/s. En aras de la simplicidad, llamémoslo 4 veces más rápido .

La tasa de pérdida de masa para una estrella típica de tipo O/B es del orden de$10^{-6}$masas solares por año (aproximadamente$2\times 10^{24}$kg/año o ~$6\times 10^{16}$kg/s). ¡ Eso es 100,000,000x más que nuestro sol! En aras de la comparación, eso es incluso más que una eyección de masa coronal típica de nuestro sol.

Así que estamos tratando con un viento estelar que es 4 veces más rápido con$10^8$x mas masa que nuestro viento solar.

Ahora agreguemos el agujero negro. Por lo general, el viento estelar de una estrella es "más o menos" esféricamente simétrico. Esto es diferente para una estrella de tipo G (nuestro sol) debido a la corona, pero para una estrella de tipo O/B podemos llamarlo simétrico. la atracción gravitatoria actúa como un foco, produciendo un viento estelar no esféricamente simétrico (más viento dirigido hacia el agujero negro y menos hacia la nave espacial). Los rayos X también energizarán el viento estelar, pero eso no debería jugar un papel importante para nuestra nave espacial si se encuentra en el punto L3. Desafortunadamente, no puedo pensar en una forma de calcular la anisotropía del viento solar debido al agujero negro, pero digamos que tiene el efecto de reducir a la mitad las características del viento solar en la dirección L3 (dudo mucho que tenga mucho de un efecto, pero por el bien de los argumentos vamos con eso).

Así que ahora veamos dónde estamos. Tenemos una nave espacial aproximadamente a la misma distancia de HDE226868 que Mercurio de nuestro sol. Con un viento estelar que es 2 veces más rápido que el nuestro, con 50.000.000 más de masa. Ahora, afortunadamente, acabamos de tener un satélite (MESSENGER) que tomó algunos datos excelentes del instrumento EPPS sobre el plasma energético y del instrumento GRNS para los rayos galácticos. Mirando los datos del satélite, parece que un viento estelar con un contenido de energía promedio$2\times 10^8$veces más que nuestro propio viento solar causaría daños irreparables tanto a los humanos como a los instrumentos a bordo de la nave espacial. Además, la presión dinámica masiva del viento estelar requeriría ajustes constantes en la órbita de las naves espaciales para mantener una órbita constante.

Resumen

Me parece que vas a necesitar orbitar a bastante distancia tanto del agujero negro como de la estrella si quieres seguir con vida con la tecnología disponible en la actualidad. Una advertencia es que el viento estelar puede ser mucho más fácil de desviar que los rayos X. En lugar de un gran blindaje, si su nave espacial fuera capaz de generar un campo magnético significativamente grande, podría protegerse a sí misma de la misma manera que lo protege el campo magnético de Mercurio.

Creo que puedes orbitar la estrella. No creo que los chorros del agujero negro estén golpeando la estrella y no creo que el disco de acreción llegue tan lejos; en cualquier caso es un avión.

Puede orbitar de manera que la masa de la estrella se interponga entre usted y el agujero negro, si le preocupa la radiación impredecible del agujero negro o las consecuencias distantes del disco de acreción. Esta órbita estaría en el punto de Lagrange L2 (si el azul de la foto es la estrella) o el L3 (si el amarillo es la estrella).

El flujo de masa de la estrella al agujero negro ocurre entre esos 2 cuerpos: manténgase fuera del camino de eso. La radiación del agujero negro sería mala, pero desde el punto de vista del punto L2 de Lagrange, el agujero negro está eclipsado por la estrella, que te protege.

APÉNDICE En mi entusiasmo redescubierto por este concepto, y después de leer la respuesta eliminada de @Youstay Igo, me pregunté, a pesar del agujero, qué tan caliente sería solo con la estrella en el punto de Lagrange.

Encontré una calculadora de puntos de Lagrange. http://orbitsimulator.com/formulas/LagrangePointFinder.html Aquí están los valores que puse y las distancias de los distintos puntos.

Puse la estrella en el 23 y el agujero en el 14. Eso significa que el punto L3 quedaría sombreado del agujero por la estrella. Ese L3 está a solo 0,35 AU de la estrella. Mercurio está a 0,39 UA de nuestro sol, mucho menos energético.

Encontré un artículo que estima qué tan cerca podría llegar el transbordador espacial ("similar al nuestro") a nuestro propio sol sin cocinar.
de http://www.popsci.com/science/article/2010-07/how-close-could-person-get-sun-and-survive

Sin embargo, viajando en el transbordador espacial, alguien podría acercarse mucho más a nuestra estrella. El escudo térmico de carbono-carbono reforzado de la nave está diseñado para soportar temperaturas de hasta 4.700° para garantizar que la nave espacial y sus pasajeros puedan sobrevivir al calor de fricción generado cuando vuelve a entrar en la atmósfera desde la órbita. Si el escudo envolviera todo el transbordador, dice McNutt, los astronautas podrían volar a 1,3 millones de millas del sol.

13 millones de millas son 0.015 AU. Me costó mucho encontrar cuánta energía más que el sol emite HDE 226868; Las supergigantes azules tipo O son muy calientes . 20,000x el sol es el extremo inferior. Tal vez multiplicarlo sea demasiado simplista, pero 20 000 * 0,015 = 300 AU. Así que 300 AU de proximidad a esta estrella gigante = 0,015 AU al sol. ¡Eso es 1000 veces más lejos que el punto L3 de Lagrange!

Tal vez los exploradores estarían mejor en L2 en la fresca sombra detrás del agujero negro. Al menos el agujero no expulsa la energía térmica de esa manera. Pueden traer protección de osmio contra la radiación dura.

ANEXO Cómo orbitar en L2 a la vista del agujero cuando, según @kingledion, "Entonces, el casco de nuestra nave aumentará aproximadamente 3342 K por segundo, ya que proporciona suficiente protección para protegernos de los rayos X". Estoy pensando en aikido: redirige el impulso de tus oponentes. Usemos rayos x para negar rayos x.

La difracción de rayos X se basa en el principio de que algunos cristales absorben y vuelven a emitir rayos X de manera que existe una interferencia constructiva y destructiva entre los rayos. Las áreas de interferencia constructiva tienen mucha más energía radiante. Zonas de interferencia destructiva, mucho menos. Idealmente, no hay pérdida neta de energía de rayos X (¡como calor!), es solo una reasignación de energía.

Propongo que el escudo hecho de un cristal con estas propiedades de difracción de rayos X podría usarse para desviar la energía de los rayos X, permitiéndole viajar sin calentar el escudo, la nave o los exploradores. Los exploradores y la nave, no hace falta decir que estarían escondidos en una de las áreas oscuras de interferencia destructiva.

Esto aprovecharía la sombra del agujero negro, absorbiendo el resplandor de la estrella. Elude el problema de los rayos X del agujero negro al enrutarlos alrededor de la nave.

Estar más cerca no significa necesariamente ver mejor. No solo se verá afectado por el deslumbramiento , sino que la radiación de alta energía también provocará un fenómeno similar a la fotoqueratitis en sus sensores.

Por supuesto, el primer enfoque sería filtrar los rayos entrantes, pero simplemente moverse a la órbita correcta en una distancia lejana tiene casi el mismo efecto y es más fácil. Tendrías que tener en cuenta la difracción de la luz por gravedad en este caso.

Sin interferencias que distorsionen la luz, sino los propios objetos creadores, la distancia no debería ser un obstáculo (a menos que desee resoluciones hasta la escala de un kilómetro), y dado que probablemente desee observar todo el sistema y su interacción, no está obligado a el sol probablemente también será un factor positivo.

En cualquier caso, no veo ningún enfoque remotamente realista para sobrevivir en una órbita alrededor de la estrella. La distancia final por la que te conformas se determina de la siguiente manera:

• distancia máxima posible: potencia de aumento de su telescopio
• distancia mínima posible: equilibrio radiativo que lo coloca en una temperatura razonable
• distancia óptima: entre los parámetros 1 y 2, en función de la resistencia de sus sensores y determinada por el tiempo que desea que sus instrumentos de medición sigan funcionando

Sí, es completamente seguro orbitar HDE 226868 porque...

HDE 226868 tiene un exoplaneta.

¿Sabemos eso? No. ¿Sabemos que no tiene exoplaneta? También no. No pude confirmarlo, pero no creo que Kepler u otros sistemas hayan inspeccionado esa estrella en particular por tener un exoplaneta, e incluso si lo hicieran, no podemos detectar todos los exoplanetas; pueden ser pequeños o pueden tener períodos de órbita más largos que nuestras observaciones. Así que eres libre de postular la existencia de uno.

Con un exoplaneta en juego, puedes orbitar HDE 226868 usando el exoplaneta como escudo de calor/radiación/todo. Puede hacer que el planeta sea tan grande como necesite y colocarlo lo suficientemente lejos de la estrella para reducir los problemas de la estrella misma.

El planeta puede tener una luna, y es posible que puedas crear una órbita compleja que te proteja tanto del agujero negro como de la estrella.

Si quieres ponerte realmente exótico, podrías descubrir que hay un planeta entero sentado en un punto de Lagrange del sistema Cygnus-HDE, felizmente girando sobre su eje, orbitando alrededor de la nada. Dale a ese planeta una luna considerable que orbite alrededor del planeta... tú orbitas el planeta y mantienes la luna entre tú y el agujero negro en todo momento... deja que el campo magnético del planeta te proteja de la estrella.

Básicamente, las otras respuestas dicen que no puedes sobrevivir solo con tu nave espacial. Pero podríamos postular el descubrimiento de otros cuerpos en el área que le brindan un blindaje mucho mayor.