Как далеко может быть ближайший остаток компактной звезды?

Ближе белого карлика быть не может. Самые крутые и самые старые белые карлики (3000K) были бы редкими, но все же достаточно яркими.$6\times10^{-6} L_{\odot}$быть легко обнаружены на расстояниях ближе, чем Сириус. На расстоянии Сириуса такой объект имел бы визуальную величину около 12-13 и был бы ярче в ближнем инфракрасном диапазоне, где все обзоры неба, такие как 2MASS, определенно обнаружили бы его по его параллаксу.

Нейтронные звезды и черные дыры почти невозможно обнаружить, но ожидается, что они будут встречаться примерно в 10 и 100 раз реже соответственно. Рассчитывается следующим образом:

Предположим, что$N$звезды когда-либо рождались в галактике Млечный Путь, и их массы составляли от 0,1 до 100$M_{\odot}$. Далее предположим, что звезды родились с распределением масс, которое приближается к функции масс Солпитера:$n(m) \propto m^{-2.3}$. Тогда предположим, что все звезды с массой$m>25M_{\odot}$заканчивают свою жизнь как черные дыры, все звезды с$8<m/M_{\odot}<25$заканчивают свою жизнь как нейтронные звезды и около половины звезд с$0.9<m/M_{\odot}<8$заканчивают свою жизнь как белые карлики (другая половина все еще живы как звезды главной последовательности, как и все звезды, рожденные с меньшими массами).

Так что если$n(m) = Am^{-2.3}$, тогда

$$N = \int^{100}_{0.1} A m^{-2.3}\ dm$$ и поэтому$A=0.065N$.

Количество созданных черных дыр будет

$$N_{BH} = \int^{100}_{25} Am^{-2.3}\ dm = 6.4\times10^{-4} N$$ т.е. 0,064% звезд в Галактике становятся черными дырами. NB: конечное время жизни галактики здесь не имеет значения, потому что оно намного больше, чем время жизни прародителей черных дыр.

Аналогичным образом количество нейтронных звезд

$$N_{NS} = \int^{25}_{8} Am^{-2.3}\ dm = 2.6\times10^{-3}N$$ и количество белых карликов $$N_{WD} = 0.5\times \int^{8}_{0.9} Am^{-2.3}\ dm = 0.027 N$$

Теперь мы используем эти результаты в качестве коэффициентов масштабирования для применения к местному звездному населению. В сфере радиусом 15 пк находится около 1000 «нормальных» звезд, поэтому плотность составляет 0,07 пк.$^{-3}$. Таким образом, можно использовать приведенные выше результаты для расчета плотности компактных остатков, а затем принять$(3/4\pi n)^{1/3}$как оценка среднего расстояния до одного из них. Это дает ожидаемое значение 18 пк до ближайшей черной дыры, 11 пк до ближайшей нейтронной звезды и 5 пк до ближайшего белого карлика.

Таким образом, расстояние до ближайшего белого карлика примерно соответствует ожидаемому. По причинам, обсуждавшимся в моем ответе на этот связанный вопрос , расстояние, рассчитанное до ближайшей черной дыры и остатков нейтронных звезд, вероятно, будет занижено , потому что многие убегают из Галактики или имеют очень большую дисперсию скоростей и гораздо большие высоты галактического масштаба, чем нормальные звезды. Так что хотя и возможно , что невидимый находится ближе, чем Сириус, это крайне маловероятно.

Как можно было обнаружить такой объект? Старая холодная нейтронная звезда или черная дыра могут быть совершенно необнаружимы на всех длинах волн электромагнитного излучения, хотя может быть полезно тщательно изучить любые потенциальные обнаружения [см. ниже] на наличие признаков рентгеновского излучения из-за аккреции из межзвездной среды) . Но ваш вопрос, я думаю, правильное предложение. Объекты, вероятно, будут иметь существенное собственное движение, и поэтому есть неплохая вероятность того, что вы увидите «движущуюся» сигнатуру гравитационного линзирования. Это все равно было бы очень мало, если только объект не прошел прямо перед фоновой звездой, но такое событие микролинзирования было бы преходящим и могло бы не наблюдаться. Более вероятно, что Гайя зафиксирует тонкие сдвиги в расположении фоновых звезд за 5 лет своей миссии. Согласно вашему другому вопросу:Обнаружит ли Gaia неактивные нейтронные звезды?