Jak wyglądałoby nocne niebo z wnętrza gromady kulistej?

22

Gdy pogoda jest ładna, możemy patrzeć na gwiazdy. I normalnie widzieliśmy kilka tysięcy z nich, wszystkie znajdują się w odległości większej niż jeden $\textrm{pc}$ od nas.

Teraz są gromady kuliste , które składają się z około gwiazd skoncentrowanych w obszarze . Z oustside wyglądają tak: $10^5$ $\textrm{pc}$

Gromada kulista

Jak oni (i całe niebo) wyglądają od wewnątrz? Wyobraź sobie, że układ słoneczny znajduje się w takiej gromadzie. Czy byłaby to duża zmiana? Czy byłaby znacząca różnica między nocą a dniem? Czy studiowanie astronomii byłoby łatwiejsze czy trudniejsze?

PS Kredyty na pytanie trafiają do Ross Church.

amateur-observing fundamental-astronomy globular-clusters

— Alexey Bobrick
źródło

1

Nie jestem pewien, ale sądzę, że nie ma stabilnej strefy zamieszkania w gromadzie kulistej (GC), z wyjątkiem być może jej zewnętrznych części. Gęstość gwiazd jest tak wysoka, że obiekty podobne do Układu Słonecznego zostaną zniszczone / zdestabilizowane przez spotkania gwiazd. Dlatego życie, jakie znamy, może się tam nigdy nie uformować. Ponadto ułamek

pierwiastków pierwotnych („metali” w slangu astronomicznym) jest bardzo niski, przynajmniej w starych GC Drogi Mlecznej. Gwiazdy o niskiej

znacznie rzadziej przyjmują planety. Dlatego może nie być nikogo, więc obserwuj nocne niebo GC.

Z

$Z$

Z

$Z$

— Walter,

1

Drogi @ Walter, tak, to prawda. Układ słoneczny nie byłby stabilny przez ponad

lata i nawet by się tam nie utworzył. Jednak nadal jestem ciekawy, jak wyglądałoby niebo, gdyby udało się wziąć Słońce i Ziemię i umieścić je w takiej gromadzie.

10^{3}

$10^3$

— Alexey Bobrick,

3

Historia Asimova Nightfall opisuje tę właśnie sytuację.

— dotancohen

1

@Walter Dr. Rosanne DiStefano twierdzi, że HZ jest tak blisko swoich czerwonych karłów, które dominują w GC, że rzadko są zakłócane przez spotkania gwiazd. I że nie zaobserwowano korelacji między metalicznością gwiezdną a znanymi ziemskimi egzoplanetami (w przeciwieństwie do gazowych gigantów).

— LocalFluff,

14

Gromady kuliste zajmują interesujące miejsce w spektrum złożonych układów gwiezdnych. Jak zauważyłeś, są to wysoce skoncentrowane populacje gwiazd i wydaje się, że nie zawierają żadnego komponentu ciemnej materii, w przeciwieństwie do bardziej masywnych galaktyk karłowatych.

Interakcje binarne stają się bardzo ważne w symulacji gromad kulistych i, co ciekawe (być może nie jest zaskakujące), jedynym przykładem odkrycia planety znalezionej w gromadzie kulistej był układ podwójny (patrz: PSR B1620-26 b ; ten układ okrężny znaleziono planetę krążącą wokół pulsara i białego karła). Nie oznacza to, że nie ma innych przykładów, jednak było to dla mnie najłatwiejsze. Chciałbym wiedzieć, jak częsta jest ta sytuacja, a ponadto, jak stabilna jest w potencjalnie wysoce chaotycznym środowisku, w którym żyje. Te spekulacje nie odpowiadają na twoje pytanie, ale uznałem, że jest wystarczająco interesujące, aby przedstawić je jako dowód na korzyść tego, że twoje pytanie nie jest nierozsądne.

Ze strony wiki:

Gromady kuliste mogą zawierać dużą gęstość gwiazd; średnio około 0,4 gwiazdy na sześcienny parsek, wzrastając do 100 lub 1000 gwiazd na sześcienny parsec w rdzeniu gromady. [26] Typowa odległość między gwiazdami w gromadzie kulistej wynosi około 1 rok świetlny [27], ale w rdzeniu separacja jest porównywalna z rozmiarem Układu Słonecznego (100 do 1000 razy bliżej niż gwiazdy w pobliżu Układu Słonecznego) . [28]

To wydaje mi się wskazywać, że lokalizacja w gromadzie kulistej miałaby duże znaczenie. Jeśli w jądrze średnia odległość między gwiazdami jest około trzy tysiące razy bliższa niż nasz najbliższy sąsiad znajduje się w stosunku do naszego Słońca (szacuję, że daje pewną perspektywę: kilka lat świetlnych do Proxima Centauri podzielonych przez 100 wynosi około 3000AU (około 100 razy dalej niż Pluton od słońca)), wówczas stabilne orbity mogą zostać przesunięte do wewnątrz lub po prostu mogą nie istnieć z powodu interakcji dwóch ciał.

Gdyby jednak istniało życie (założenie, którego dokonamy na potrzeby twojego pytania), można by zobaczyć zupełnie inne nocne niebo. Według tego artykułu profil gęstości liczbowej gwiazd w gromadzie kulistej M92 dość dobrze odpowiada profilowi Wilsona, który ma postać:

gdzie . E jest energią właściwą gwiazdy:

f_{W} = A {e^{- a E} - e^{- a E_{0}} [1 - a (E - E_{0})]}

$f_{W} = A\{ e^{-aE} - e^{-aE_{0}} [1 - a(E-E_{0}) ] \}$

E \leq E_{0}

$E \le E_{0}$

E = v^{2} / 2 + Φ (r)

$E = v^{2}/2 + \Phi(r)$

i gdzie oznacza potencjał grawitacyjny pola średniego, określony na podstawie równania Poissona. Dla każdej rodziny modeli stałe A, ia w powyższej funkcji rozkładu definiują dwuwymiarowe skale (typowy promień i typową masę lub prędkość) i jeden bezwymiarowy parametr, centralną głębokość studni potencjału (w odniesieniu do parametr stężenia) (wszystkie informacje pochodzą z dokumentu, który podłączyłem). $\Phi(r)$ $E_{0}$

Wydaje się, że gromady kuliste nie są „prostymi populacjami gwiazdowymi”, ponieważ zwykle składają się z wielu generacji (źródła: 1 , 2 ). Jednak gromady kuliste zazwyczaj składają się z gwiazd II populacji i są starszymi układami gwiezdnymi w porównaniu z innymi gromadami gwiazd. Mówię o tym wszystkim, ponieważ oprócz gęstości liczbowej gwiazd, rozkład gwiezdny typów gwiezdnych z pewnością byłby ważnym czynnikiem w wyglądzie nocnego nieba. Jeśli żyłeś tysięczną część lat świetlnych od niebieskiego nadolbrzyma, możesz sobie wyobrazić, że miałoby to ogromną różnicę w tym, co zobaczysz na co dzień. W tej samej odległości supergiant gwiazda jest rzędu $10^{5}$ razy jasność Słońca (a więc jest strumienia, ponieważ gospodarstwa stałych). W tej samej odległości od naszego Słońca jasność gwiazdy o krotnym strumieniu miałaby pozorną jasność około -38 (użyłem Rigela jako mojego przypadku testowego; to daje gwiazdę na niebie, która jest o 12 jasności jaśniejsza niż nasze Słońce). Przenosząc to do średniej odległości między gwiazdami w centrum gromady kulistej, uzyskalibyśmy pozorną wielkość: $10^{5}$ $L \propto f$ $D_{L}$ $10^{5}$

od w odległości AU. $M = -6.43$ $m=-38$ $d=1$
od w odległości (nowa średnia odległość między gwiazdami w centrum gromady kulistej) $m=-26.43$ $M=-6.43$ $d = .00326 ly$

Innymi słowy, niebieski nadolbrzym w średniej odległości między gwiazdami w gromadzie kulistej wydaje się być tak jasny, jak nasze słońce dla nas! To jest absolutnie szalone. W zależności od tego, gdzie jest w stosunku do Słońca, może to skutecznie spowodować dwa dni lub potencjalnie jeden dzień, co stanowi ponad połowę czasu, w którym Twoja planeta obraca się raz. Wyobrażam sobie, że z pewnością zakłóciłoby to obserwację w zakresie optycznym (i krótszych długościach fal).

— astromax
źródło

m

$m$

M

$M$

E_{0}

$E_{0}$

R_{c o r e} / N_{*, c o r e}^{1 / 3}

$R_{core}/N_{*,core}^{1/3}$

1

Podobnie jak sidenotą, kolejnym interesującym pytaniem byłoby, czy cokolwiek by się zmieniło, gdyby gromada uległa załamaniu lub nie. Ponadto, masz rację, gwiazdy opuszczające stwardnienie rozsiane od czasu do czasu robią różnicę, gdy patrzysz z wnętrza gromady.

— Alexey Bobrick,

7

W rzeczywistości niektórzy ludzie przyglądali się temu ostatnio poważniej i przeprowadzili symulację komputerową w celu wizualizacji nocnego nieba widzianego z wnętrza gromady kulistej.

Artykuł ukazał się niedawno w czasopiśmie Astronomy.

To tylko jeden przykład typowego obrazu wewnątrz gromady kulistej:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Więcej dyskusji można znaleźć tutaj: http://io9.com/what-the-night-sky-would-look-like-from-inside-a-globul-1589324556

A numer czasopisma zawierający artykuł Williama Harrisa i Jeremy Webba można znaleźć tutaj: http://www.astronomy.com/magazine/press-releases/2014/05/july-2014

— Alexey Bobrick
źródło

6

W typowej pozycji w gromadzie kulistej (może w połowie odległości między środkiem a krawędzią) na niebie byłoby o wiele więcej jasnych gwiazd z powodu gęstości gwiazd. Byłyby one rozmieszczone nierównomiernie na niebie, a więcej światła padałoby z centrum gromady kulistej.

$\approx -3$

Gdyby nasze obce oczy były dobre w rozróżnianiu długości fal, niebo wydawałoby się bardziej czerwone . Gromady kuliste mają wiele starych gwiazd (więcej czerwonych) i bardzo mało masywnych gwiazd (mniej niebieskich), ponieważ nie są miejscami aktywnego formowania się gwiazd.

— Zack Li
źródło

4

Załóżmy, że dane dla gromady kulistej są równoważne z danymi M13 .

Biorąc pod uwagę 300 000 gwiazd i promień 1 li, załóżmy, że gęstość jest jednolita.

Innym założeniem jest rozważenie, że wszystkie gwiazdy są podobne do Słońca.

ρ = \frac{300000 * 3)}{4 π (1 l y)^{3)}} \approx 9 \times 10^{- 44} m^{- 3)}

$\rho = \frac{300000*3}{4\pi(1\ ly)^3} \approx 9 \times10^{-44}\ m^{-3}$

λ = \frac{1}{\sqrt{2)} π {re}^{2)} ρ}

$\lambda = \frac{1}{\sqrt{2}\pi D^2 \rho}$

D = 14 \times 10^{8} m

$D = 14 \times 10^{8}\ m$

λ \approx 10^{24} m \equiv 10^{8} l y

$\lambda \approx 10^{24}\ m \equiv 10^{8}\ ly$

Teraz nie musisz być geniuszem, aby zobaczyć, jak będzie wyglądać niebo, jeśli najbliższe gwiazdy są tak daleko. Będzie prawie jak nasze własne niebo, ale po prostu wiele gwiazd w każdym kierunku. Nie będzie żadnej specjalnej podwyżki strumienia.

Gęstość liczb jest znacznie wyższa w centrum. Ale nawet jeśli założymy, że gęstość w centrum jest o rząd wyższa niż średnia wartość, istnieje nieciekawy widok! Jak zauważył Zack, będziemy mieli dużo światła o długiej fali z powodu obfitości starych gwiazd.

Wspomniano, że widok optyczny nie będzie zbyt atrakcyjny, ale jest pewien dreszczyk emocji będąc w centrum gromady kulistej. Bardzo trudno jest pozostać tam przez długi czas, unikając kolizji lub przetrwać promieniowanie i wiatry gwiezdne od zderzeń i nowych, które są częste dla gromady kulistej.

— Cheeku
źródło

λ

$\lambda$

p c / N^{1 / 3} \approx 10^{- 2} p c

$pc/N^{1/3}\approx 10^{-2} pc$

Nie, używam go jako przybliżonego oszacowania rzędu średniej odległości między dowolnymi dwiema gwiazdami w gromadzie kulistej.

— Cheeku

10^{8}

$10^8$

— Alexey Bobrick,

Tak, ta konkretna ocena jest wysoce zależna od gęstości liczb, która, jak zakładam, jest jednorodna. Przeszukałem wiele artykułów i mam długie obliczenia na moim zeszycie, ale wtedy potrzebowałeś pomysłu, jak to „będzie wyglądać”, więc ...

— Cheeku

1

@AlexeyBobrick Teraz rozumiem. Mam coś do nauczenia się z własnej odpowiedzi. Dobry!

— Cheeku