Bagaimana langit malam terlihat dari dalam sebuah gugus bola?

22

Ketika cuaca cerah, kita bisa melihat bintang-bintang. Dan kami biasanya akan melihat beberapa ribu dari mereka, mereka semua lebih dari satu $\textrm{pc}$ jauhnya dari kami.

Sekarang, ada cluster globular , yang terdiri dari sekitar bintang yang terkonsentrasi adalah beberapa area . Dari luar mereka terlihat seperti ini: $10^5$ $\textrm{pc}$

Cluster globular

Sekarang, bagaimana mereka (dan seluruh langit) terlihat dari dalam? Bayangkan bahwa tata surya berada di dalam gugusan seperti itu. Apakah ini akan menjadi perubahan besar? Apakah akan ada perbedaan yang signifikan antara malam dan siang? Apakah akan lebih mudah atau lebih sulit untuk belajar astronomi di sana?

PS Penghargaan untuk pertanyaan ini diberikan kepada Gereja Ross.

amateur-observing fundamental-astronomy globular-clusters Alexey Bobrick
sumber

1

Saya tidak yakin, tetapi saya akan berpikir bahwa tidak ada zona layak huni yang stabil di dalam kluster globular (GC), kecuali mungkin di bagian luarnya. Kepadatan bintang begitu tinggi sehingga objek seperti tata surya akan dihancurkan / dirusak oleh pertemuan bintang. Oleh karena itu kehidupan yang kita kenal mungkin tidak pernah terbentuk di sana. Selain itu, fraksi dari unsur-unsur non-primordial ("logam" dalam bahasa gaul astronomi) sangat rendah, setidaknya dalam GC lama Bima Sakti. Bintang rendah jauh lebih kecil kemungkinannya meng-host planet. Jadi, mungkin tidak ada orang yang memperhatikan langit malam GC.

Z

$Z$

Z

$Z$

Walter

1

Dear @Walter, ya, ini benar. Tata surya tidak akan stabil selama lebih dari tahun dan bahkan tidak akan terbentuk di sana. Namun, saya masih penasaran ingin tahu, bagaimana langit akan terlihat jika seseorang berhasil mengambil Matahari dan Bumi dan menempatkan mereka ke dalam kelompok seperti itu.

10^{3}

$10^3$

Alexey Bobrick

3

Kisah Asimov Nightfall menggambarkan situasi yang sama.

dotancohen

1

@Walter Dr. Rosanne DiStefano berpendapat bahwa HZ sangat dekat dengan kurcaci merah mereka yang mendominasi dalam GCs sehingga mereka jarang terganggu oleh perjumpaan bintang. Dan bahwa tidak ada korelasi yang diamati antara logam bintang dengan planet ekstrasurya yang dikenal (sebagai lawan raksasa gas).

LocalFluff

14

Gugus Globular menempati tempat yang menarik dalam spektrum sistem bintang komposit. Seperti yang Anda tunjukkan, mereka adalah populasi bintang yang sangat terkonsentrasi, dan tampaknya tidak memiliki komponen materi gelap, tidak seperti galaksi kerdil yang lebih masif.

Interaksi biner menjadi sangat penting dalam mensimulasikan gugus bola, dan cukup menarik (mungkin tidak mengejutkan), salah satu contoh penemuan sebuah planet yang ditemukan dalam gugus bola adalah sekitar sistem bintang biner (lihat: PSR B1620-26 b ; sirkumbiner ini planet itu ditemukan mengorbit pulsar dan white dwarf.). Ini bukan untuk mengatakan tidak ada contoh lain, namun, ini adalah yang termudah untuk saya temui. Saya akan tertarik untuk mengetahui seberapa umum situasi ini, dan di samping itu, seberapa stabil situasi ini mengingat lingkungannya yang sangat kacau. Spekulasi ini tidak menjawab pertanyaan Anda, tetapi saya pikir ini cukup menarik untuk dibuktikan sebagai bukti. mendukung pertanyaan Anda bukan menjadi pertanyaan yang tidak masuk akal.

Dari halaman wiki:

Gugus globular dapat mengandung kerapatan bintang yang tinggi; rata-rata sekitar 0,4 bintang per parsec kubik, meningkat menjadi 100 atau 1000 bintang per parsec kubik di inti cluster. [26] Jarak khas antara bintang-bintang dalam gugus bola adalah sekitar 1 tahun cahaya, [27] tetapi pada intinya, pemisahannya sebanding dengan ukuran Tata Surya (100 hingga 1000 kali lebih dekat daripada bintang di dekat Tata Surya) . [28]

Ini sepertinya menunjukkan kepada saya bahwa lokasi dalam kluster globular akan sangat berarti. Jika pada intinya jarak rata-rata antara bintang adalah sekitar tiga ribu kali lebih dekat daripada tetangga terdekat kita dengan matahari kita (perkiraan saya untuk memberikan beberapa perspektif: beberapa tahun cahaya ke Proxima Centauri dibagi 100 adalah sekitar 3000AU (sekitar 100 kali lebih jauh dari Pluto dari matahari)), maka orbit yang stabil dapat digeser ke dalam, atau mungkin tidak ada karena interaksi dua tubuh.

Namun, jika kehidupan ada (asumsi yang akan kami buat untuk keperluan pertanyaan Anda), orang akan melihat langit malam yang sangat berbeda. Menurut makalah ini , profil kerapatan jumlah bintang dalam gugus globular M92 mengikuti Profil Wilson dengan cukup baik, yang memiliki bentuk:

mana

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 adalah energi spesifik bintang:

E = v^{2} / 2 + Φ (r)

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

dan di mana adalah potensi gravitasi bidang-rata, yang ditentukan dari persamaan Poisson. Untuk setiap keluarga model, konstanta A, $\Phi(r)$ $E_{0}$ , dan a dalam fungsi distribusi di atas menentukan skala dua dimensi (jari-jari tipikal dan massa atau kecepatan tipikal) dan satu parameter tanpa dimensi, kedalaman pusat sumur potensial (terkait dengan parameter konsentrasi) (semua informasi diambil dari kertas yang saya tautkan).

Tampaknya menjadi kasus bahwa kluster globular bukan "populasi bintang sederhana", di mana mereka biasanya dibuat dari beberapa generasi (sumber: 1 , 2 ). Namun, gugus bola umumnya terdiri dari populasi bintang II dan sistem bintang yang lebih tua jika dibandingkan dengan gugus bintang lainnya. Saya mengangkat semua ini karena selain jumlah kepadatan bintang, distribusi bintang dari jenis bintang tentu akan menjadi faktor penting dalam bagaimana langit malam akan terlihat. Jika Anda hidup seperseribu tahun cahaya dari supergiant biru, Anda bisa membayangkan bahwa itu akan membuat perbedaan besar dalam apa yang akan Anda lihat setiap hari. Pada jarak yang sama, bintang supergi berada di urutan $10^{5}$ kali luminositas matahari kita (dan karena itu adalah fluks, karena memegang konstan). Pada jarak yang sama dengan matahari kita, magnitudo bintang dengan kali fluks akan memiliki magnitudo sekitar -38 (saya menggunakan Rigel sebagai test case saya; ini menghasilkan bintang di langit kita yang 12 magnitudo lebih terang daripada matahari kita). Memindahkan ini ke jarak rata-rata antara bintang-bintang di pusat gugus bola kita akan mendapatkan besarnya yang jelas dari: $10^{5}$ $L \propto f$ $D_{L}$ $10^{5}$

dari pada jarak AU. $M = -6.43$ $m=-38$ $d=1$
dari pada jarak (jarak rata-rata baru antara bintang-bintang di pusat gugus globular) $m=-26.43$ $M=-6.43$ $d = .00326 ly$

Dengan kata lain, supergiant biru pada jarak rata-rata antara bintang-bintang dalam gugus bola akan tampak seterang matahari kita! Ini benar-benar gila. Tergantung di mana itu berkaitan dengan matahari, itu bisa efektif menyebabkan dua hari, atau berpotensi satu hari yang lebih besar dari setengah waktu yang dibutuhkan planet Anda untuk berputar sekali. Saya akan membayangkan bahwa ini tentu akan mengganggu mengamati dalam panjang gelombang optik (dan lebih pendek).

astromax
sumber

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

Sama seperti sidenote, pertanyaan menarik lainnya adalah apakah ada sesuatu yang akan berubah jika cluster itu runtuh atau tidak. Juga, Anda benar, bintang yang meninggalkan post-MS akan membuat perbedaan sekarang dan kemudian, ketika dilihat dari dalam cluster.

Alexey Bobrick

7

Bahkan, beberapa orang telah melihatnya dengan lebih serius baru-baru ini dan melakukan simulasi komputer untuk memvisualisasikan langit malam seperti yang terlihat dari dalam gugus bola.

Artikel itu baru-baru ini dimuat di jurnal Astronomi.

Ini hanyalah salah satu contoh gambar khas di dalam gugus bola:

masukkan deskripsi gambar di sini

Beberapa diskusi lebih lanjut dapat ditemukan di sini: http://io9.com/what-the-night-sky-would-look-like-from-inside-a-globul-1589324556

Dan masalah jurnal yang berisi artikel oleh William Harris dan Jeremy Webb dapat ditemukan di sini: http://www.astronomy.com/magazine/press-releases/2014/05/july-2014

Alexey Bobrick
sumber

6

Dalam posisi tipikal dalam gugus bola (mungkin setengah jalan antara pusat dan tepi), akan ada lebih banyak bintang terang di langit karena kepadatan bintang. Ini akan didistribusikan secara tidak merata di langit, dengan lebih banyak cahaya yang datang dari pusat gugus bola.

$\approx -3$

Jika mata alien kita pandai membedakan panjang gelombang, langit akan tampak lebih merah . Gugus globular memiliki banyak bintang tua (lebih merah), dan sangat sedikit bintang masif (lebih sedikit biru) karena mereka bukan situs pembentukan bintang aktif.

Zack Li
sumber

4

Mari kita anggap data untuk kluster globular setara dengan M13 .

Diberikan 300.000 bintang dan jari-jari 1 mil, mari kita asumsikan kepadatan seragam.

Asumsi lain adalah menganggap semua bintang seperti Matahari.

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 D^{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

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

Sekarang Anda tidak perlu menjadi jenius untuk melihat bagaimana langit akan terlihat jika bintang terdekat Anda sejauh ini. Itu akan hampir seperti langit kita sendiri tetapi hanya banyak bintang di setiap arah. Tidak akan ada kenaikan khusus dalam fluks yang diterima.

Kepadatan angka jauh lebih tinggi di pusat. Tetapi bahkan jika Anda menganggap kepadatan di pusat sebagai pesanan lebih tinggi dari nilai rata-rata, pandangan yang tidak menarik ada! Seperti yang ditunjukkan Zack, kita akan memiliki banyak cahaya panjang gelombang panjang karena banyaknya bintang-bintang tua.

Disebutkan bahwa tampilan optikal tidak akan terlalu menarik, tetapi ada sensasi tertentu berada di pusat gugus bola. Sangat sulit untuk tinggal di sana dalam waktu lama menghindari tabrakan atau selamat dari radiasi dan angin bintang dari tabrakan dan nova yang sering terjadi pada gugus bola.

Cheeku
sumber

λ

$\lambda$

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

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

Tidak, saya menggunakannya sebagai perkiraan kasar dari urutan jarak rata-rata antara dua bintang di gugus bola.

Cheeku

10^{8}

$10^8$

Ya, perkiraan khusus ini sangat tergantung pada kepadatan jumlah yang saya anggap seragam. Saya mencari melalui banyak artikel dan memiliki perhitungan yang panjang pada notebook saya, tetapi kemudian Anda membutuhkan ide tentang bagaimana itu akan "terlihat" jadi ...

Cheeku

1

@AlexeyBobrick Sekarang, saya mengerti. Saya mendapat sesuatu untuk dipelajari dari jawaban saya sendiri. Baik!

Cheeku

Bagaimana langit malam terlihat dari dalam sebuah gugus bola?

Jawaban: