Как на самом деле могла бы появиться нейтронная звезда?

Ваш вопрос слишком общий, нужно перейти к конкретным примерам.

Во-первых, очень немногие нейтронные звезды являются пульсарами. Пульсары представляют собой либо короткую фазу во время замедления вращения пульсара в начале жизни нейтронной звезды, либо они являются продуктом вращения нейтронной звезды в двойной системе. Большинство нейтронных звезд не попадают ни в одну из этих категорий.

Стандартная нейтронная звезда будет выглядеть как любая другая звезда при аналогичной температуре. Большинство из них действительно будут очень горячими — 100 000 К и более, хотя истории остывания нейтронных звезд все еще неясны и зависят от какой-то экзотической физики. Такой объект «раскален добела» — он излучает излучение черного тела на всех частотах, видимых глазу (а также многое другое в УФ-диапазоне).

Насколько близко вы должны подойти, чтобы его видимая светимость/величина соответствовала Солнцу? Ну, это зависит от размера и температуры нейтронной звезды. Считается, что большинство из них имеет диаметр 20 км. Способ, которым вы могли бы выполнить расчет, - это приравнять поток излучения черного тела на единицу площади на заданном расстоянии к постоянной солнечной радиации, равной примерно 1300 Вт на квадратный метр. Однако у нейтронной звезды есть две особенности: во-первых, излучение гравитационно смещено в красную сторону, поэтому измеряемая нами температура ниже, чем температура на поверхности. Во-вторых, общая теория относительности говорит нам, что мы можем видеть больше, чем просто полушарие нейтронной звезды, то есть мы можем видеть ее заднюю часть, и это увеличивает наблюдаемый нами поток. Это примерно множитель двух эффектов, поэтому, чтобы получить оценку порядка величины,$T=10^{5}$К.

Используя закон Стефана для черного тела, затем на расстоянии$d$, у нас есть это

За$r=10$км, то$d=7 \times 10^{8}$м, что по совпадению составляет около солнечного радиуса. Конечно, это расстояние зависит от квадрата температуры, поэтому более молодой НС с$T=10^6$К, тогда$d \sim 1$а.е.

Это расстояния, на которых общий поток на всех длинах волн был бы подобен потоку от Солнца. Чтобы выполнить расчет только для видимого диапазона, нам нужно учесть болометрическую поправку, которая преобразует визуальную величину в болометрическую величину. Болометрическая поправка для Солнца$\sim 0$, тогда как болометрическая поправка для очень горячей звезды может составлять -5 зв. Это означает, что поток от горячей нейтронной звезды в видимом диапазоне составляет всего 1% от потока солнечного света. Это означает, что рассчитанные выше расстояния, если мы требуем, чтобы визуальная яркость нейтронной звезды была подобна Солнцу, должны быть уменьшены в 10 раз.

Обратиться к пульсарам. Обратите внимание, что импульсное излучение имеет оптическую составляющую, и импульсное оптическое излучение наблюдалось у ряда пульсаров. Оптическое синхротронное излучение выглядело бы как периодическое интенсивное увеличение яркости пульсара, когда луч пересекает луч зрения. Если бы вы не находились в зоне прямой видимости, то не увидели бы импульсного оптического излучения. Если бы вы могли наблюдать луч, проходящий через туманность или какую-либо другую среду вокруг пульсара, тогда да, вполне могли бы быть некоторые эффекты, которые вы могли бы увидеть с точки зрения ионизации или рассеянного света, идущего вдоль пути луча.

Наконец, эффект гравитационного линзирования. Да, это должно быть сильно близко к нейтронной звезде. Угол отклонения (в радианах) определяется выражением

Итак, рассмотрим планету непосредственно за нейтронной звездой на расстоянии 1 а.е. Свет от него нужно будет только преломить под углом$\sim 2 \times 10\ km/1\ au \sim 10^{-7}$радиан для того, чтобы быть замеченным с диаметрально противоположной планеты на расстоянии 1 а.е. Так что это легко возможно. Однако изображение, вероятно, было бы сильно искажено, особенно если бы нейтронная звезда вращалась. Это не будет похоже на смоделированное изображение черной дыры, но с яркой нейтронной звездой посередине, а не с черным диском.

Утверждение, что пульсар будет выглядеть как черное тело с высокой температурой, не подтверждается доказательствами. Оптические измерения Crab Pulsar показывают плоский спектр . Это результат оптического излучения синхротронного излучения, а не горячей поверхности.

Недавние результаты Gaia DR2 включают Crab Pulsar как DR23403818172572314624, он имеет цвет BP-RP 1,0494, что соответствует температуре около 5100 K на HR-диаграмме DR2. Это очень похоже на температуру, показанную в данных DR2. Это необходимо использовать с осторожностью, поскольку калибровка предназначена для звезды с атмосферой «черного тела», а не для «атмосферы», излучающей синхротронное излучение. См. здесь полные данные DR2.

Мы не знаем, насколько велика излучающая «атмосфера», но примерное представление можно рассчитать по данным DR2 по ссылке выше. Однако неопределенность параллакса (расстояния) довольно велика, поэтому потребуется более точное измерение расстояния.

Я могу дать ответ, но я приветствую исправление.

Мне было интересно, как пульсар показался бы человеку в видимом свете.

В спектре видимого света это не выглядело бы так много, если бы не было значительной туманности, тогда мы могли бы увидеть влияние пульсара на туманность, но не на сам пульсар. Рентгеновские лучи и радиоволны невидимы, и если бы пульсар не был направлен на нас, мы бы не увидели, как он проходит через пустое пространство.

Нейтронные звезды, как правило, слишком горячие, чтобы мы могли их увидеть. Если бы кто-то значительно остыл, возможно, до 10 или 20 тысяч градусов на поверхности, тогда он мог бы светиться заметно голубым и выглядеть как самая яркая звезда на небе, все еще просто точка на небе, но самая яркая точка на небе. на 1 а.е.

Но в основном они слишком горячие, чтобы светиться в видимом свете.

То, что вы можете увидеть на расстоянии 1 а.е. от нейтронной звезды, может быть аккреционным диском. Материя, падающая на нейтронную звезду, сильно нагревается, и энергия удара намного превышает энергию деления, поэтому, когда материя приближается к нейтронной звезде и закручивается внутрь, вы, вероятно, говорите о рентгеновском и гамма-излучении, но вы можете увидеть заметно светящийся аккреционный диск на некотором расстоянии, возможно, на постепенно затухающей орбите. По сути, то, что вы могли бы видеть, зависело бы от того, что находится вокруг нейтронной звезды, а не от самой звезды.

Насколько я понимаю, луч пульсара исходит от магнитных полюсов звезды, а не от полюсов вращения, которые не обязательно совпадают друг с другом. Учитывая, что пульсары вращаются чрезвычайно быстро и луч может быть виден на огромных расстояниях — например, если он светит сквозь туманность пульсара — будет ли он выглядеть как прямая линия, изогнутая линия или, возможно, конус?

Проблема в том, что вы не можете видеть луч. Вы видите свет, когда он направлен на вас, вы не можете видеть световой луч в пространстве (даже если это видимый свет).

Вы можете увидеть луч, не направленный на вас в атмосфере из-за отражения от пыли и молекул воды в воздухе.

(см. маленькую картинку)

В космосе материя гораздо более рассредоточена. Это правда, что пульсар может освещать часть туманности, хотя туманность в любом случае может светиться и сама по себе (я не уверен в этом на 100%), но туманность очень большая и очень рассредоточенная. Если бы вы увидели это невооруженным глазом, я не думаю, что вы бы увидели что-то кроме, возможно, большого свечения.

Если бы вы могли видеть луч пульсара, свету требуется 8 минут, чтобы пройти 1 астрономическую единицу, а пульсар может вращаться сотни раз, возможно, тысячи раз за 8 минут. очень изогнутые, как спираль. Сам свет будет двигаться по прямой линии, но, поскольку источник света быстро вращается, он будет выглядеть так (рисунок ниже), если бы было достаточно материала для отражения света (чего, вероятно, не было бы, не в пределах 1 а.е.).

На самом деле это не выглядело бы так, но если бы вы могли видеть луч, это выглядело бы именно так. С одной точки эта спираль выглядит как пульсар, выключенный, включенный, выключенный, включенный, выключенный, включенный и т. д.

Кроме того, свет никогда не распространяется по спирали, он распространяется по прямой линии от Пульсара, но подобно водной спирали здесь , которая падает вниз по прямой линии, но выглядит так, будто падает по спирали (если это имеет смысл). ).

Учитывая невероятную плотность нейтронных звезд и их небольшие физические размеры, будет ли ночное небо заметно искажено до такой степени, что (например) сразу после захода солнца на гипотетической планете можно будет наблюдать другие планеты рядом или позади звезды, которые в противном случае быть заблокированным этим?

Ну, для начала, не будь там солнца, планет, наверное, не было бы видно. Если бы Нейтронная звезда ярко светилась из-за горячего аккреционного диска, вы не могли бы ничего увидеть за ней, потому что ее яркость сделала бы видимый свет, изогнутый вокруг нее, бледным по сравнению с ним.

Итак, если бы Нейтронная звезда была темной для наших глаз, тогда мы могли бы видеть гравитационные линзы вокруг нее, но звезды, а не планеты, потому что планеты были бы темными. (Луна тоже будет очень темной, ее будет видно больше из-за того, что она загораживает, чем из-за того, что она светит). Однако линза будет довольно маленькой. Видимая линза будет всего в несколько раз больше диаметра Нейтронной звезды, может быть, 100 миль в поперечнике, что на расстоянии 93 миллиона миль действительно крошечное. Вы можете увидеть какое-то странное искривление звезды здесь или там при правильном расположении, но чтобы увидеть какое-либо интересное видимое линзирование, вам понадобится довольно мощный телескоп.

Учитывая их небольшую площадь поверхности, будет ли нейтронная звезда казаться такой же яркой, как, скажем, Солнце, на таком же расстоянии? Насколько близко вы должны подойти к нейтронной звезде по ее видимой величине, чтобы соответствовать Солнцу с Земли?

Как-то коснулись этого выше. Нейтронная звезда может излучать много энергии в своем пульсарном луче, но в основном это рентгеновские лучи, а не видимый свет. Насколько она яркая, будет зависеть от того, сколько материала попадает в нее в данный момент, поэтому нет правильного ответа на вопрос, насколько близко должна быть Земля, чтобы иметь равную яркость. Это тоже другой вид яркости, в основном невидимый свет. Но нет никакого способа ответить на этот вопрос, потому что это зависит от слишком многих вещей.

Когда нейтронная звезда только формируется (что обычно происходит после взрыва сверхновой, так что высвобождается огромное количество энергии), но когда звезда только формируется, ее диаметр может составлять 12-15 миль, а температура ее поверхности может быть (предполагаю) возможно миллиардом градусов, хотя остывает очень быстро. Очень молодая Нейтронная Звезда могла бы излучать больше энергии для нашего Солнца, хотя большая ее часть была бы в виде нейтрино, которые в основном проходили бы через Землю. Но такой уровень выходной энергии продлится недолго. За несколько лет он остынет примерно до миллиона градусов. Источник .

Если предположить, что поверхность пульсара похожа на поверхность других нейтронных звезд, то, если только луч не направлен на вас, он будет похож на другие нейтронные звезды. RX J1856.5-3754 ( https://en.wikipedia.org/wiki/RX_J1856.5-3754) — одна из очень немногих нейтронных звезд, которые мы можем наблюдать в оптическом диапазоне. Его визуальная величина составляет 25,6 на расстоянии ≈61 парсек (видимая визуальная величина Солнца на таком расстоянии будет около 8,75). Поворачивая рукоятки, я получаю абсолютную визуальную величину MV 21,67 и визуальную светимость ≈.00000018. Извлекая квадратный корень, я должен находиться на расстоянии около 0,00043 а.е., или примерно в одной десятой диаметра Солнца, чтобы визуально оно было таким же ярким, как Солнце с Земли. Имея всего 14 км или около того в диаметре, она будет очень маленькой, около 4,7% видимого диаметра Солнца — не намного больше точки. Но, как отмечалось выше, реальная болометрическая светимость нейтронной звезды была бы намного, намного выше. Человек, смотрящий на него (незащищенного) с такого расстояния, быстро ослепнет и поджарится. Можно также оказаться достаточно далеко в гравитационном колодце на таком расстоянии, чтобы релятивистские эффекты, затуманивающие звезду, были бы меньше, и звезда казалась бы еще ярче. Можно также отметить некоторые приливные эффекты. Эта ситуация требует «Корпуса General Products», который Ларри Нивен использовал в своем рассказе «Нейтронная звезда!».