Seberapa jauh sisa bintang kecil terdekat?

Bintang neutron dan lubang hitam sulit dideteksi ketika mereka sendirian, dan tampaknya ada ketidakpastian besar tentang seberapa umum mereka. Katai putih jauh lebih mudah dideteksi dan yang terdekat adalah Sirius B, hanya 2,6 parsec dari sini. Haruskah kita berharap memiliki perusahaan yang eksotis lebih dekat? Seberapa besar kemungkinan kita memiliki sisa bintang kompak yang belum terdeteksi di dekatnya, sedekat bintang aktif terdekat kita? Apa peluang melihat salah satu dari mereka di dekatnya?

Bagaimana mungkin yang belum terdeteksi ditemukan? Mungkinkah salah satu teleskop survei langit yang akan datang menangkapnya atau akankah seseorang harus bergantung pada peristiwa microlensing yang langka? Bagaimana kemudian diamati? Akankah objek eksotis seperti itu, katakan saja, hanya satu parsec jauhnya, memberikan wawasan penting dalam fisika mengingat efek relativistik dan komposisi anehnya?

black-hole observational-astronomy neutron-star

— Fluida Lokal
sumber

terkait: astronomy.stackexchange.com/questions/4725/…

— Rob Jeffries

Tidak ada katai putih lebih dekat. The paling keren, paling tua katai putih (3000K), akan jarang terjadi, tapi masih cukup bercahaya telah dengan mudah terdeteksi pada jarak lebih dekat dari Sirius. Pada jarak Sirius, objek seperti itu akan memiliki magnitudo visual sekitar 12-13 dan akan lebih terang pada panjang gelombang inframerah dekat di mana semua survei langit seperti 2MASS pasti akan melihatnya dari paralaksnya. $6\times10^{-6} L_{\odot}$

Bintang-bintang neutron dan black hole bisa hampir tidak terdeteksi tetapi diperkirakan masing-masing 10 dan 100 kali lebih jarang. Dihitung sebagai berikut:

Mari kita asumsikan bahwa bintang pernah dilahirkan di galaksi Bima Sakti, dan memberi mereka massa antara 0,1 dan 100 . Berikutnya, asumsikan bahwa bintang-bintang telah dilahirkan dengan distribusi massa yang mendekati fungsi massa Salpeter - . Kemudian asumsikan bahwa semua bintang dengan massa mengakhiri hidup mereka sebagai lubang hitam, semua bintang dengan mengakhiri kehidupan mereka sebagai bintang neutron dan sekitar setengah bintang dengan mengakhiri hidup mereka sebagai katai putih (setengah lainnya masih hidup sebagai bintang urutan utama, seperti juga semua bintang yang lahir dengan massa lebih rendah). $N$ $M_{\odot}$ $n(m) \propto m^{-2.3}$ $m>25M_{\odot}$ $8<m/M_{\odot}<25$ $0.9<m/M_{\odot}<8$

Jadi, jika , maka dan dengan demikian . $n(m) = Am^{-2.3}$

N = \int_{0.1}^{100} A m^{- 2.3} d m

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

A = 0.065 N

$A=0.065N$

Jumlah lubang hitam yang dibuat adalah yaitu 0,064% bintang di Galaksi menjadi lubang hitam. NB: Masa terbatas galaksi tidak relevan di sini karena lebih lama dari masa hidup nenek moyang lubang hitam.

N_{B H} = \int_{25}^{100} A m^{- 2.3} d m = 6.4 \times 10^{- 4} N

$N_{BH} = \int^{100}_{25} Am^{-2.3}\ dm = 6.4\times10^{-4} N$

Dengan cara yang sama, jumlah bintang neutron dan jumlah white dwarfs

N_{N S} = \int_{8}^{25} A m^{- 2.3} d m = 2.6 \times 10^{- 3} N

$N_{NS} = \int^{25}_{8} Am^{-2.3}\ dm = 2.6\times10^{-3}N$

N_{W D} = 0.5 \times \int_{0.9}^{8} A m^{- 2.3} d m = 0.027 N

$N_{WD} = 0.5\times \int^{8}_{0.9} Am^{-2.3}\ dm = 0.027 N$

Sekarang kami menggunakan hasil ini sebagai faktor penskalaan untuk diterapkan pada populasi bintang lokal. Ada sekitar 1000 bintang "normal" dalam lingkup jari-jari 15 pc, dengan demikian kepadatan 0,07 pc . Jadi kita menggunakan hasil di atas untuk menghitung kepadatan sisa-sisa kompak dan kemudian mengambil sebagai perkiraan jarak rata-rata ke salah satunya. Ini memberikan nilai ekspektasi 18 pc ke black hole terdekat, 11 pc ke bintang neutron terdekat dan 5 pc ke white dwarf terdekat. $^{-3}$ $(3/4\pi n)^{1/3}$

Dengan demikian jarak ke katai putih terdekat kira-kira seperti yang diharapkan. Untuk alasan yang dibahas dalam jawaban saya untuk pertanyaan terkait ini , jarak yang dihitung ke lubang hitam dan sisa-sisa bintang neutron terdekat cenderung dianggap remeh karena banyak yang melarikan diri dari Galaksi atau memiliki dispersi kecepatan yang sangat tinggi dan ketinggian skala Galaksi yang jauh lebih besar daripada bintang normal. Jadi, sementara ada kemungkinan bahwa yang tak terlihat ada lebih dekat dari Sirius, itu sangat tidak mungkin.

Bagaimana bisa objek seperti itu terdeteksi? Bintang neutron dingin atau lubang hitam bisa sepenuhnya tidak terdeteksi di semua panjang gelombang radiasi elektromagnetik - meskipun bisa dengan hati-hati memeriksa setiap calon deteksi [lihat di bawah] untuk tanda-tanda emisi sinar-X karena pertambahan dari media antarbintang) . Tetapi pertanyaan Anda memiliki saya pikir saran yang benar. Benda-benda tersebut kemungkinan akan memiliki gerakan yang tepat dan substansial sehingga ada kemungkinan yang baik bahwa Anda akan melihat tanda tangan lensa gravitasi "bergerak". Ini akan tetap sangat kecil kecuali objek tersebut kebetulan lewat langsung di depan bintang latar belakang - tetapi peristiwa microlensing seperti itu akan bersifat sementara dan tidak dapat diamati. Lebih mungkin adalah bahwa Gaia akan mengambil pergeseran halus dalam posisi bintang latar belakang berubah selama 5 tahun misinya. Sesuai pertanyaan Anda yang lain:Akankah Gaia mendeteksi bintang neutron yang tidak aktif?

— Rob Jeffries
sumber

Saya pikir ada kesalahan kecil di batas bawah integral untuk ; bukankah seharusnya 0,9 bukannya 1, sesuai dengan apa yang Anda tulis di awal (dan menurut hasil Anda 0,027). Tetapi mengapa Anda mulai dari 0,9, dan tidak pada 0,1? Apakah karena bintang-bintang M <0,9 semuanya diasumsikan masih menggunakan MS?

N_{W D}

$N_\mathrm{WD}$

— pela

Ya, seharusnya 0,9. Tentu saja (sedikit) tergantung komposisi. Batas bawah memang ditentukan oleh masa pakai pada urutan utama. Bintang bermassa lebih rendah bukan kerdil putih (belum) - yang dijabarkan dalam tanda kurung di akhir para. 3.

— Rob Jeffries

Ah ya, maaf, saya merindukan " ... seperti semua bintang yang lahir dengan massa lebih rendah ". Terima kasih! Dan ya, IMF yang dangkal dengan massa rendah akan menghasilkan WD dalam jumlah lebih kecil. Tapi saya pikir sebenarnya angkanya lebih besar? Salpeter mengasumsikan 10% WD, tetapi itu mungkin sudah ketinggalan zaman. Apakah Anda memiliki referensi untuk nomor yang diamati?

— pela

@Pela Yah fungsi massa bukan Salpeter ke massa terendah dan bintang bermassa rendah terlalu banyak terwakili dalam perhitungan saya, saya harapkan. Saya bisa melakukan sesuatu yang lebih realistis dan mungkin meningkatkan kepadatan WD dengan faktor 2, tetapi tidak akan mengubah angka NS dan BH.

— Rob Jeffries

Ya, itulah yang saya maksud. Bagaimanapun, terima kasih atas jawaban yang bagus.

— pela