Wie würde ein Neutronenstern eigentlich aussehen?

Ihre Frage ist zu allgemein, Sie müssen zu konkreten Beispielen gelangen.

Erstens sind sehr wenige Neutronensterne Pulsare. Pulsare sind entweder eine kurze Phase während des Herunterfahrens eines Pulsars zu Beginn des Lebens eines Neutronensterns oder sie sind das Produkt des Hochdrehens eines Neutronensterns in einem Doppelsternsystem. Die meisten Neutronensterne fallen in keine dieser Kategorien.

Ein normaler Neutronenstern sieht bei ähnlicher Temperatur wie jeder andere Stern aus. Die meisten von ihnen werden tatsächlich sehr heiß sein – 100.000 K oder mehr, obwohl die Abkühlungsgeschichte von Neutronensternen noch ungewiss ist und von exotischer Physik abhängt. Ein solches Objekt ist „weißglühend“ – es emittiert Schwarzkörperstrahlung bei allen für das Auge sichtbaren Frequenzen (sowie viel mehr bei UV-Wellenlängen).

Wie nah müssten Sie herankommen, damit seine scheinbare Leuchtkraft / Größe der Sonne entspricht? Nun, das hängt von der Größe und Temperatur des Neutronensterns ab. Die meisten haben einen Durchmesser von 20 km. Die Art und Weise, wie Sie die Berechnung durchführen würden, besteht darin, den Strahlungsfluss eines schwarzen Körpers pro Flächeneinheit in einem bestimmten Abstand mit der Sonnenstrahlungskonstante von etwa 1300 W pro Quadratmeter gleichzusetzen. Allerdings gibt es bei einem Neutronenstern zwei Falten: Erstens ist die Strahlung gravitativ rotverschoben, sodass die von uns gemessene Temperatur niedriger ist als die Temperatur an der Oberfläche. Zweitens sagt uns die Allgemeine Relativitätstheorie, dass wir mehr als nur eine Hemisphäre des Neutronensterns sehen können – dh wir können um die Rückseite herum sehen – und dies erhöht den von uns beobachteten Fluss. Dies sind ungefähr Faktoren von zwei Effekten, also nur um eine Schätzung der Größenordnung zu erhalten,$T=10^{5}$K.

Verwenden von Stefans Gesetz für einen Schwarzen Körper, dann aus der Ferne$d$, wir haben das

Für$r=10$km also$d=7 \times 10^{8}$m, was zufällig etwa einem Sonnenradius entspricht. Natürlich hängt dieser Abstand vom Quadrat der Temperatur ab, also ein jüngerer NS mit$T=10^6$K, dann$d \sim 1$Au.

Dies sind die Entfernungen, bei denen der Gesamtfluss bei allen Wellenlängen ähnlich dem von der Sonne wäre. Um die Berechnung nur für den sichtbaren Bereich durchzuführen, müssen wir die bolometrische Korrektur berücksichtigen, die eine visuelle Größe in eine bolometrische Größe umwandelt. Die bolometrische Korrektur für die Sonne ist$\sim 0$, während die bolometrische Korrektur für einen sehr heißen Stern -5 mag. betragen könnte. Das bedeutet, dass im sichtbaren Bereich nur 1 % des Flusses des heißen Neutronensterns im Vergleich zum Sonnenlicht austritt. Das bedeutet, dass die oben berechneten Entfernungen, wenn wir eine sonnenähnliche visuelle Helligkeit des Neutronensterns fordern, um den Faktor 10 verringert werden müssen.

Wenden wir uns den Pulsaren zu. Beachten Sie, dass die gepulste Strahlung eine optische Komponente hat und gepulste optische Strahlung von einer Reihe von Pulsaren gesehen wurde . Die optische Synchrotronemission scheint nur eine periodische, intensive Aufhellung des Pulsars zu sein, wenn der Strahl die Sichtlinie überstreicht. Wenn Sie nicht in der Sichtlinie wären, würden Sie die gepulste optische Emission nicht sehen. Wenn Sie beobachten könnten, wie der Strahl durch Nebel oder ein anderes Medium um den Pulsar herum geht, dann ja, es könnte durchaus einige Effekte geben, die Sie in Bezug auf Ionisation oder Streulicht sehen könnten, das entlang des Strahlengangs kommt.

Zuletzt der Gravitationslinseneffekt. Ja, das sollte in der Nähe eines Neutronensterns stark sein. Der Ablenkwinkel (im Bogenmaß) ist gegeben durch

Stellen Sie sich also einen Planeten direkt hinter dem Neutronenstern in einer Entfernung von 1 au vor. Das Licht von diesem müsste nur um einen Winkel von gebogen werden$\sim 2 \times 10\ km/1\ au \sim 10^{-7}$Radianten, um von einem diametral gegenüberliegenden Planeten in einer Entfernung von 1 AE gesehen zu werden. Das ist also problemlos möglich. Das Bild wäre jedoch wahrscheinlich stark verzerrt, insbesondere wenn sich der Neutronenstern dreht. Es würde diesem simulierten Bild eines Schwarzen Lochs nicht unähnlich aussehen, aber mit einem hellen Neutronenstern in der Mitte und nicht mit einer schwarzen Scheibe.

Die Aussage, dass ein Pulsar wie ein schwarzer Körper mit hoher Temperatur aussehen wird, wird durch die Beweise nicht gestützt. Optische Messungen des Crab Pulsar zeigen ein flaches Spektrum siehe hier . Dies ist darauf zurückzuführen, dass die optische Emission eher von der Synchrotronstrahlung als von der heißen Oberfläche stammt.

Die jüngsten Gaia DR2-Ergebnisse beinhalten den Crab Pulsar als DR23403818172572314624, dieser hat eine BP-RP-Farbe von 1,0494, was einer Temperatur von etwa 5.100 K aus dem DR2-HR-Diagramm entspricht. Dies ist der in den DR2-Daten gezeigten Temperatur sehr ähnlich. Dies muss mit Vorsicht verwendet werden, da die Kalibrierung für einen Stern mit einer „Schwarzkörper“-Atmosphäre gilt und nicht für eine „Atmosphäre“, die aufgrund von Synchrotronstrahlung strahlt. Hier finden Sie die vollständigen DR2-Daten.

Wir wissen nicht, wie groß die strahlende „Atmosphäre“ ist, aber eine grobe Vorstellung könnte aus den DR2-Daten im obigen Link berechnet werden. Die Unsicherheit der Parallaxe (Entfernung) ist jedoch ziemlich groß, sodass eine bessere Entfernungsmessung erforderlich wäre.

Ich kann eine Art Antwort geben, aber ich begrüße eine Korrektur.

Ich habe mich gefragt, wie ein Pulsar einem Menschen im sichtbaren Licht erscheinen würde

Es würde im sichtbaren Lichtspektrum nicht viel aussehen, es sei denn, es gäbe einen signifikanten Nebel, dann sehen wir vielleicht die Wirkung des Pulsars auf den Nebel, aber nicht den Pulsar selbst. Röntgenstrahlen und Radiowellen sind nicht sichtbar, und wenn der Pulsar nicht auf uns gerichtet wäre, würden wir ihn nicht durch den leeren Raum ziehen sehen.

Neutronensterne sind im Allgemeinen zu heiß, als dass wir sie sehen könnten. Wenn man sich stark abkühlen würde, auf vielleicht 10 oder 20.000 Grad an der Oberfläche, dann könnte es sichtbar blau leuchten und wie der hellste Stern am Himmel aussehen, immer noch nur ein Punkt am Himmel, aber der hellste Punkt am Himmel bei 1 AU.

Aber meistens sind sie zu heiß, um im sichtbaren Licht zu leuchten.

Was Sie von einem Neutronenstern aus 1 AE sehen könnten, könnte die Akkretionsscheibe sein. Materie, die in einen Neutronenstern fällt, wird sehr heiß und die Energie beim Aufprall ist weitaus größer als die Energie der Spaltung. Wenn sich also Materie dem Neutronenstern nähert und spiralförmig eindringt, sprechen Sie wahrscheinlich von Röntgen- und Gammastrahlen, aber Sie könnten in einiger Entfernung eine sichtbar leuchtende Akkretionsscheibe sehen, vielleicht in einer allmählich abnehmenden Umlaufbahn. Tatsächlich würde das, was Sie sehen könnten, davon abhängen, was sich um den Neutronenstern herum befindet, als vom Stern selbst.

Soweit ich weiß, wird der Strahl des Pulsars eher von den Magnetpolen des Sterns projiziert als von Rotationspolen, die nicht unbedingt miteinander ausgerichtet sind. Angesichts der Tatsache, dass Pulsare extrem schnell rotieren und der Strahl über weite Entfernungen sichtbar sein könnte – etwa als würde er durch den Nebel des Pulsars scheinen – würde er als gerade Linie, gekrümmte Linie oder vielleicht als Kegel erscheinen

Das Problem dabei ist, dass Sie den Strahl nicht sehen können. Sie sehen Licht so, wie es auf Sie gerichtet ist, Sie können keinen Lichtstrahl im Raum sehen (selbst wenn es sichtbares Licht ist).

Sie können einen Strahl in der Atmosphäre sehen, der nicht auf Sie gerichtet ist, da Staub und Wassermoleküle in der Luft reflektiert werden.

(siehe kleines Bild)

Im Weltraum ist die Materie viel weiter verteilt. Es ist wahr, dass ein Pulsar einen Teil eines Nebels beleuchten kann, obwohl der Nebel sowieso auch alleine leuchten kann (da bin ich mir nicht 100% sicher), aber ein Nebel ist sehr groß und sehr ausgedehnt. Um es mit bloßem Auge zu sehen, ich glaube nicht, dass Sie viel anderes sehen würden als vielleicht ein großes Leuchten.

Wenn Sie einen Pulsarstrahl sehen könnten, braucht Licht 8 Minuten, um 1 AE zurückzulegen, und ein Pulsar kann sich in 8 Minuten hunderte Male, vielleicht tausende Male drehen, also wenn Sie den Strahl tatsächlich sehen könnten, wäre es so enorm gebogen, wie eine Spirale. Das Licht selbst würde sich in einer geraden Linie ausbreiten, aber da sich die Lichtquelle schnell dreht, würde es so aussehen (Bild unten), wenn genügend Material vorhanden wäre, von dem das Licht reflektiert werden könnte (was wahrscheinlich nicht der Fall wäre, nicht innerhalb von 1 AE).

In Wirklichkeit würde es nicht so aussehen, aber wenn Sie den Strahl sehen könnten, würde es so aussehen. Wie diese Spirale von einem einzigen Punkt aus aussieht, ist ein Pulsar, aus, an, aus, an, aus, an usw.

Außerdem bewegt sich das Licht nie in einer Spirale, es bewegt sich in einer direkten Linie vom Pulsar weg, aber wie die Wasserspirale hier , die in einer geraden Linie nach unten fällt, aber es sieht so aus, als würde sie in einer Spirale fallen (wenn das Sinn macht ).

Wäre der Nachthimmel angesichts der unglaublichen Dichte von Neutronensternen und ihrer geringen physikalischen Größe sichtbar bis zu dem Punkt verzerrt, an dem man (zum Beispiel) kurz nach Sonnenuntergang auf einem hypothetischen Planeten möglicherweise andere Planeten in der Nähe oder hinter dem Stern beobachten könnte, die dies sonst tun würden dadurch blockiert werden?

Nun, für den Anfang wären Planeten ohne eine Sonne wahrscheinlich nicht sichtbar. Wenn der Neutronenstern aufgrund einer heißen Akkretionsscheibe hell glühen würde, könnte man dahinter nichts sehen, da die Helligkeit das Sehen des um ihn herum gebogenen Lichts im Vergleich dazu blass machen würde.

Wenn der Neutronenstern für unsere Augen dunkel wäre, dann könnten wir Gravitationslinsen um ihn herum sehen, aber Sterne, nicht Planeten, weil Planeten dunkel wären. (Der Mond wäre auch sehr dunkel, sichtbar mehr durch das, was er blockiert, als durch das, was er scheint). Die Linse wäre jedoch ziemlich klein. Die sichtbare Linsenbildung wäre nur ein paar Mal so groß wie der Durchmesser des Neutronensterns, vielleicht 100 Meilen im Durchmesser, was in 93 Millionen Meilen Entfernung wirklich winzig ist. Sie können hier oder da eine seltsame Verzerrung eines Sterns sehen, wenn er richtig ausgerichtet ist, aber um interessante sichtbare Linsen zu sehen, benötigen Sie ein ziemlich starkes Teleskop.

Würde ein Neutronenstern angesichts seiner kleinen Oberfläche in ähnlicher Entfernung immer noch so hell erscheinen wie beispielsweise die Sonne? Wie nah müsste man an einen Neutronenstern herankommen, damit seine scheinbare Helligkeit der der Sonne von der Erde entspricht?

Habe das oben irgendwie angesprochen. Der Neutronenstern kann in seinem Pulsarstrahl viel Energie abgeben, aber es handelt sich hauptsächlich um Röntgenstrahlen, nicht um sichtbares Licht. Wie hell es ist, hängt davon ab, wie viel Material zu diesem Zeitpunkt hineinfällt. Daher gibt es keine richtige Antwort darauf, wie nah die Erde sein müsste, um die gleiche Helligkeit zu haben. Es ist auch eine andere Art von Helligkeit, meist nicht sichtbares Licht. Aber es gibt keine Möglichkeit, diese Frage zu beantworten, weil es von zu vielen Dingen abhängt.

Wenn sich gerade ein Neutronenstern bildet (was normalerweise nach einer Supernova passiert, wird enorme Energie freigesetzt), aber wenn sich der Stern gerade bildet, hat er vielleicht einen Durchmesser von 12 bis 15 Meilen, aber seine Oberflächentemperatur kann (schätzungsweise) vielleicht eine Milliarde Grad betragen. obwohl es sehr schnell abkühlt. Ein sehr junger Neutronenstern könnte mehr Energie an unsere Sonne abgeben, obwohl ein Großteil davon in Neutrinos enthalten wäre, die größtenteils die Erde passieren würden. Aber dieses Niveau der Energieabgabe würde nicht lange anhalten. Sie würde sich innerhalb weniger Jahre auf etwa eine Million Grad abkühlen. Quelle .

Wenn wir davon ausgehen, dass die Oberfläche des Pulsars wie die anderer Neutronensterne ist, wird er wie andere Neutronensterne aussehen, es sei denn, der Strahl ist auf Sie gerichtet. RX J1856.5-3754 ( https://en.wikipedia.org/wiki/RX_J1856.5-3754) ist einer der wenigen Neutronensterne, die wir bei optischen Wellenlängen sehen können. Sie hat eine visuelle Helligkeit von 25,6 bei ≈61 Parsec (die scheinbare visuelle Helligkeit der Sonne in dieser Entfernung wäre etwa 8,75). Beim Drehen der Kurbeln erhalte ich eine absolute visuelle Helligkeit MV von 21,67 und eine visuelle Leuchtkraft von ≈.00000018. Wenn ich die Quadratwurzel ziehe, müsste ich etwa 0,00043 AE entfernt sein, oder etwa ein Zehntel des Durchmessers der Sonne, damit sie visuell so hell ist wie die Sonne von der Erde. Mit einem Durchmesser von nur etwa 14 km wäre er sehr klein, etwa 4,7 % des scheinbaren Durchmessers der Sonne – nicht viel mehr als ein Punkt. Aber wie oben erwähnt, wäre die tatsächliche, bolometrische Leuchtkraft des Neutronensterns viel, viel höher. Eine Person, die es (ungeschützt) aus dieser Entfernung betrachtet, würde in kurzer Zeit geblendet und gebraten. Man könnte auch in dieser Entfernung weit genug im Gravitationsschacht sein, dass die relativistischen Effekte, die den Stern verdunkeln, geringer wären und der Stern noch heller erscheinen würde. Und man könnte auch einige Gezeiteneffekte bemerken. Diese Situation erfordert die "General Products Hull", die Larry Niven für seine Geschichte "Neutron Star!"