Полет над нейтронной звездой

[vika vorobyeva]

Я где-то читала (поправьте меня, если это не так), что не существует стабильных круговых орбит вокруг черной дыры ближе, чем на расстоянии трех гравитационных радиусов от сингулярности (двух грав. радиусов от поверхности черной дыры).
Недавно удалось измерить радиус нейтронной звезды по величине гравитационного красного смещения линий в спектре этой звезды:
http://www.astronet.ru:8101/db/msg/1180804
Оказалось, что ее радиус ~ 2,2 швардшильдовского. Посему вопрос: означает ли это, что не существует стабильных круговых орбит в непосредственной близости от нейтронной звезды? Потому что - сферически симметричная масса создает вне себя такое же поле тяготения, как если бы вся эта масса была помещена в центр, и на расстояниях 2,2-3 швардшильдовских радиуса гравитационное поле нейтронной звезды неотличимо от поля черной дыры той же массы.
Или это не так? Где ошибка?

[polar]

vse verno.
radius neitronnoj zvezdy mozhet byt' menshe poslednej ustojchivoj orbity (ob etom eshe 30 let nazad pisali).

Naprimer, eto mozhet byt' vazhno dlja opredelenija vnutrennej granitsy akkrecionnogo diska.

[vika vorobyeva]

vse verno.
radius neitronnoj zvezdy mozhet byt' menshe poslednej ustojchivoj orbity ...

Но тогда у нейтронной звезды должен наблюдаться эффект, который раньше приписывали только черным дырам - т.н. "сфера захваченного света". И сама нейтронная звезда должна действовать как сильнейшая гравитационная линза, искажая (может, до неузнаваемости) вид звездного поля позади себя. Очень интересно, никогда об этом не думала...  

[bob]

Даже Солнце действует как гравитационная линза, причём это наблюдаемо. У нейтронной звезды эффекты, ессно, сильнее. Вообще, я считаю, что белый карлик, нейтронная звезда и ЧД - разные математические модели одного и того же объекта. Просто пульсар - это объект возбуждённый и лишённый традиционной вещественной оболочки.

[polar]

Да, это и наблудается.
Например, если есть пульсирующее рентгеновское излучение,
то наблюдатель "на бесконечности" будет видеть меньшую долю пульсаций. Вплоть до нуля, если видна сразу вся неитронная звезда (влючая "затылок").

[vika vorobyeva]

Например, если есть пульсирующее рентгеновское излучение,
то наблюдатель "на бесконечности" будет видеть меньшую долю пульсаций. Вплоть до нуля, если видна сразу вся неитронная звезда (влючая "затылок").

Не очень поняла. Речь о том, что:
- нейтронная звезда своим гравитационным полем так искривляет собой же испущенные лучи, что они приходят к наблюдателю и из "задней", противоположной наблюдателю полусферы, так что излучение "горячего пятна" на ее поверхности замывается излучением всей поверхности?
- или нейтронная звезда так искривляет свои лучи, что "горячего пятна" попросту не видно, даже если оно находится на передней полусфере?  

[polar]

Первое верно.

Вообще, радиус, измеренный на бесконечности - больше радиуса, измеренного локально.

Там можно "zagibat' взгляд за угол".

[polar]

http://antwrp.gsfc.nasa.gov/htmltest/rjn_bht.html

[bob]

Vika, здесь не стоит касаться геометрии. Стоит рассматривать НЗ просто как единый квантовый объект. В каком именно направлении фотон излучается возбуждённым ядром атома, где у ядра "горячее пятно"?- вопрос не имеет смысла. Здесь забавное пересечение макро и микро-физики. Громадный объект, ведущий себя как одна элементарная частица. То есть все пространственно-геометрические представления здесь наивны.

[vika vorobyeva]

Vika, здесь не стоит касаться геометрии. Стоит рассматривать НЗ просто как единый квантовый объект. В каком именно направлении фотон излучается возбуждённым ядром атома, где у ядра "горячее пятно"?- вопрос не имеет смысла. Здесь забавное пересечение макро и микро-физики. Громадный объект, ведущий себя как одна элементарная частица. То есть все пространственно-геометрические представления здесь наивны.

Извините, не согласна. Возбужденный атом, переходя в низшее энергетическое состояние, излучит фотон в конкретном направлении, где его и поймает наш детектор  
От атома до детектора можно провести прямую линию - она и будет направлением, вдоль которого летел фотон. Другое дело, что мы ЗАРАНЕЕ не сможем предсказать, куда именно излучит фотон данный конкретный атом (процесс излучения фотона суть процесс квантовый и случайный).
С нейтронной звездой то же самое. Ее радиус ~ 10 км. На сфере радиусом 10 км может находится горячее пятно радиусом, допустим, 1 км (если у НЗ сильное магнитное поле и вещество падает на нее не изотропно, а вдоль силовых линий падает на магнитные полюса). Допустим, мы послали к НЗ автоматический зонд с телескопом на борту. Зонд летит к НЗ и посылает нам фотографии оной. Что мы увидим? Мы увидим конкретную картинку, которая будет меняться по мере приближения к нейтронной звезде. Другое дело, что сама эта картинка (изображение нейтронной звезды) будет строится не по законам геометрической оптики.
Кстати, по ссылке, приведенной Сергеем Поповым, есть очень милые мультики про полеты "над" (и "в") черной дырой и нейтронной звездой. Очень рекомендую  

[piter]

Не понятно, если мы видим всю поверхность такой звезды, то с противоположной стороны она вообще не видна?

[dmitryP]

От атома до детектора можно провести прямую линию - она и будет направлением, вдоль которого летел фотон. Другое дело, что мы ЗАРАНЕЕ не сможем предсказать, куда именно излучит фотон данный конкретный атом (процесс излучения фотона суть процесс квантовый и случайный).
С нейтронной звездой то же самое...

Не уверен, но аналогия между излучением нейтронной звездой и случайным излучением атома не может быть полной. Все-таки размер атома сильно меньше размера когерентности излученного фотона. Соответственно, процесс излучения получается случайным. Неопледеленность Шредингера, однако.

Другое дело НЗ -- она как раз больше размера когерентности и процесс излучения должен быть более детерминированным, например, в смысле узкой направленности излучения с каких-то участков (пульсар?).

Если я не прав, то прошу специалистов по квантовой оптике меня поправить.

[vika vorobyeva]

Вчера в метро попробовала подсчитать, а на какое минимально возможное расстояние человек может в принципе приблизится к нейтронной звезде? Для определенности предположим, что, с одной стороны, НЗ холодная и не выжигает все вокруг жестким ультрафиолетом, а с другой имеет достаточно слабое магнитное поле – настолько слабое, что им можно пренебречь.
Все равно у меня получается, что ближе, чем на несколько тысяч километров, человек к НЗ приблизиться не может – в противном случае будет разорван приливными силами.

Подсчитаем приливную силу, действующую на человека неподалеку от нейтронной звезды.
a₁ – а₂ = gamma * M_НЗ * (1/R² – 1/(R+x)²)
Считая x много меньше R (что справедливо: размер человеческого тела уж во всяком случае много меньше радиуса нейтронной звезды), получим:
a₁ – а₂  = 2 * x * gamma * M/R³

Сначала я подумала, что человек уж точно может выдержать приливное ускорение в 1g, выдерживаем же мы обычную силу тяжести. Но потом поняла, что сила тяжести стремится нас «сжать», а приливное ускорение – «растянуть», а к таким нагрузкам человеческое тело непривычно и не приспособлено. Но во всяком случае можно принять его за оценку сверху. Итак, приравняем a₁ – а₂ = g
Отсюда
R = корень кубический из (2 * x * gamma * M /g)
В общем, считая x = 2 м (среди космонавтов могут попадаться и высокие люди), а среднюю массу нейтронной звезды в 1,5 солнечных, получаем
R = 4 тыс. км
С этого расстояния нейтронная звезда выглядит чуть меньше, чем Луна или Солнце с Земли: ее угловой диаметр получился 0,43 градуса, т.е. 26 угловых минут.
 

[matsur]

Вчера в метро попробовала подсчитать...

  Кхм..кхм... А потом граждане жалуются на то, что все вагоны измалёваны какими-то надписями .

[feraj]

Вчера в метро попробовала подсчитать, а на какое минимально возможное расстояние человек может в принципе приблизится к нейтронной звезде?
...
Считая x много меньше R (что справедливо: размер человеческого тела уж во всяком случае много меньше радиуса нейтронной звезды), получим:
a₁ – а₂  = 2 * x * gamma * M/R³

Сначала я подумала, что человек уж точно может выдержать приливное ускорение в 1g, выдерживаем же мы обычную силу тяжести. Но потом поняла, что сила тяжести стремится нас «сжать», а приливное ускорение – «растянуть», а к таким нагрузкам человеческое тело непривычно и не приспособлено. Но во всяком случае можно принять его за оценку сверху. Итак, приравняем a₁ – а₂ = g
Отсюда
R = корень кубический из (2 * x * gamma * M /g)
В общем, считая x = 2 м (среди космонавтов могут попадаться и высокие люди), а среднюю массу нейтронной звезды в 1,5 солнечных, получаем
R = 4 тыс. км
С этого расстояния нейтронная звезда выглядит чуть меньше, чем Луна или Солнце с Земли: ее угловой диаметр получился 0,43 градуса, т.е. 26 угловых минут.
 

Это для случая, когда человек расположен вдоль силовых линий грав. поля звезды. Можно рассмотреть вариант, когда он расположен поперек них (т.е. параллельно поверхности нейтронной звезды). Будем считать толщину человека, скажем, 0.5 метра. Если не вдаваться в различия удельного сопротивления человеческого тела на поперечное и продольное растяжение, то получим, что критическое расстояние уменьшится в [корень кубический из (2м/0.5м)], т.е. примерно в 1,6 раза. Таким образом, расстояние составит 4000км/1,6, т.е. около 2500 км. Однако здесь человеку придется пытаться что есть силы сохранять свою ориентацию поперек силовых линий поля, а иначе произойдет непоправимое.

[VVSFalcon]

У Ларри Нивена есть рассказ на эту тему. Там в периастрии человек испытал интересные ощущения

[T101]

Но тогда у нейтронной звезды должен наблюдаться эффект, который раньше приписывали только черным дырам - т.н. "сфера захваченного света". И сама нейтронная звезда должна действовать как сильнейшая гравитационная линза, искажая (может, до неузнаваемости) вид звездного поля позади себя. Очень интересно, никогда об этом не думала...  

Но ведь по идее у НЗ эффект сферы захваченного света не будет проявляться - силы гравитационного поля НЗ будет достаточно чтобы сильно исказить направление световых лучей, но только гравитации ЧД может хватить, чтобы замкнуть их в кольцо. Или я ошибаюсь?

Кстати, читал, что ЧД таким образом можно теоритически использовать как почтивечный двигатель. Посылаемое к ней на орбиту чуть выше световой сферы тело вернется спустя много оборотов вокруг ЧД сильно увеличив свою кинетическую энергию. Излучение же по идее должно стать более жестким - увеличить частоту и соответственно энергию...