¿Cómo se vería el cielo nocturno desde el interior de un cúmulo globular?

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Cuando el clima está despejado, podemos mirar las estrellas. Y normalmente veríamos varios miles de ellos, todos ellos a más de una $\textrm{pc}$ distancia.

Ahora, hay cúmulos globulares , que consisten en unas estrellas concentradas en un área de pocas . Desde el exterior se ven así: $10^5$ $\textrm{pc}$

Un cúmulo globular

Ahora, ¿cómo se ven ellos (y todo el cielo) desde adentro? Imagine que el sistema solar está dentro de ese grupo. ¿Sería un gran cambio? ¿Habría una diferencia significativa entre la noche y el día? ¿Sería más fácil o más difícil estudiar astronomía allí?

PD Los créditos para la pregunta van a Ross Church.

amateur-observing fundamental-astronomy globular-clusters

— Alexey Bobrick
fuente

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No estoy seguro, pero pensaría que no hay una zona habitable estable dentro de un cúmulo globular (GC), excepto quizás en sus partes externas. La densidad estelar es tan alta que objetos similares al sistema solar serán destruidos / desestabilizados por encuentros estelares. De ahí que la vida tal como la conocemos nunca se forme allí. Además, la fracción

de elementos no primordiales ("metales" en la jerga de la astronomía) es muy baja, al menos en los antiguos GC de la Vía Láctea. Las estrellas

bajas son mucho menos propensas a albergar planetas. Por lo tanto, puede que no haya nadie, así que observe el cielo nocturno de GC.

Z

$Z$

Z

$Z$

— Walter

1

Estimado @Walter, sí, esto es correcto. El sistema solar no sería estable por más de

años y ni siquiera se habría formado allí. Sin embargo, todavía tengo curiosidad por saber cómo se vería el cielo si uno lograra tomar el Sol y la Tierra y ponerlos en ese grupo.

10^{3}

$10^3$

— Alexey Bobrick

3

La historia de Asimov Nightfall describe esta misma situación.

— dotancohen

1

@Walter La Dra. Rosanne DiStefano argumenta que el HZ está tan cerca de sus enanas rojas que dominan en los CG que rara vez se ven perturbados por encuentros estelares. Y que no hay una correlación observada entre la metalicidad estelar y los exoplanetas terrestres conocidos (a diferencia de los gigantes gaseosos).

— LocalFluff

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Los cúmulos globulares ocupan un lugar interesante en el espectro de los sistemas estelares compuestos. Como señala, son poblaciones de estrellas altamente concentradas, y parecen carecer de cualquier componente de materia oscura, a diferencia de las galaxias enanas más masivas.

Las interacciones binarias se vuelven muy importantes en la simulación de cúmulos globulares, y lo suficientemente interesante (tal vez como era de esperar), el único ejemplo de descubrimiento de un planeta encontrado en un cúmulo globular ha sido alrededor de un sistema estelar binario (ver: PSR B1620-26 b ; este circuito) planeta fue encontrado orbitando un púlsar y una enana blanca). Esto no quiere decir que no haya otros ejemplos, sin embargo, este fue el más fácil de encontrar. Me interesaría saber qué tan común es esta situación y, además, qué tan estable se le da el entorno potencialmente altamente caótico en el que vive. Estas especulaciones no responden a su pregunta, pero pensé que era lo suficientemente interesante como para presentarla como evidencia a favor de que su pregunta no sea irrazonable.

Desde la página wiki:

Los cúmulos globulares pueden contener una alta densidad de estrellas; en promedio, alrededor de 0.4 estrellas por parsec cúbico, aumentando a 100 o 1000 estrellas por parsec cúbico en el núcleo del cúmulo. [26] La distancia típica entre las estrellas en un cúmulo globular es de aproximadamente 1 año luz, [27] pero en su núcleo, la separación es comparable al tamaño del Sistema Solar (100 a 1000 veces más cerca que las estrellas cercanas al Sistema Solar) . [28]

Esto parece indicarme que la ubicación dentro del cúmulo globular importaría bastante. Si en el núcleo la distancia promedio entre las estrellas es aproximadamente tres mil veces más cercana que la de nuestro vecino más cercano a nuestro sol (mi estimación da una cierta perspectiva: unos pocos años luz a Próxima Centauri dividido por 100 es aproximadamente 3000 UA (aproximadamente 100 veces más que Plutón) del sol)), entonces las órbitas estables pueden desplazarse hacia adentro, o simplemente pueden no existir debido a las interacciones de dos cuerpos.

Sin embargo, si la vida existiera (una suposición que vamos a hacer a los fines de su pregunta), uno vería un cielo nocturno muy diferente. De acuerdo con este documento , el perfil de densidad numérica de estrellas dentro del cúmulo globular M92 sigue bastante bien un Perfil de Wilson, que tiene la forma:

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)

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

$\Phi(r)$ $E_{0}$

$10^{5}$ veces la luminosidad de nuestro sol (y por lo tanto es $10^{5}$ $L \propto f$ $D_{L}$ $10^{5}$

$M = -6.43$ $m=-38$ $d=1$
$m=-26.43$ $M=-6.43$ $d = .00326 ly$

En otras palabras, ¡una supergigante azul a una distancia promedio entre estrellas dentro de un cúmulo globular parecería ser tan brillante como nuestro sol es para nosotros! Esto es absolutamente loco. Dependiendo de dónde se encuentre en relación con el sol, podría causar efectivamente dos días, o potencialmente un día, que es más de la mitad del tiempo que le toma a su planeta rotar una vez. Me imagino que esto ciertamente interferiría con la observación en óptica (y longitudes de onda más cortas).

— astromax
fuente

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

Como nota al margen, otra pregunta interesante sería si algo cambiaría si el clúster se colapsase o no. Además, tiene razón, las estrellas que salen después de la EM marcarían la diferencia de vez en cuando, cuando se ven desde dentro del cúmulo.

— Alexey Bobrick

7

De hecho, algunas personas lo habían mirado más seriamente recientemente y realizaron una simulación por computadora para visualizar el cielo nocturno visto desde dentro de un cúmulo globular.

El artículo ha aparecido recientemente en la revista Astronomy.

Este es solo un ejemplo de una imagen típica dentro de un cúmulo globular:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Puede encontrar más discusión aquí: http://io9.com/what-the-night-sky-would-look-like-from-inside-a-globul-1589324556

Y el número de la revista que contiene el artículo de William Harris y Jeremy Webb se puede encontrar aquí: http://www.astronomy.com/magazine/press-releases/2014/05/july-2014

— Alexey Bobrick
fuente

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En una posición típica en un cúmulo globular (quizás a medio camino entre el centro y el borde), habría muchas más estrellas brillantes en el cielo debido a la densidad de estrellas. Estos se distribuirían de manera desigual en el cielo, con más luz proveniente del centro del cúmulo globular.

$\approx -3$

Si nuestros ojos alienígenas fueran buenos para discernir longitudes de onda, el cielo parecería más rojo . Los cúmulos globulares tienen muchas estrellas viejas (más rojas) y muy pocas estrellas masivas (menos azules) ya que no son sitios de formación activa de estrellas.

— Zack Li
fuente

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Supongamos que los datos para un cúmulo globular sean equivalentes a los de M13 .

Dadas 300,000 estrellas y un radio de 1 ly, supongamos una densidad uniforme.

Otra suposición es considerar que todas las estrellas son similares al Sol.

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

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

Ahora no tienes que ser un genio para ver cómo se verá el cielo si las estrellas más cercanas a ti están tan lejos. Será casi como nuestro propio cielo, pero solo muchas estrellas en todas las direcciones. No habrá una caminata especial en el flujo recibido.

La densidad numérica es mucho mayor en el centro. Pero incluso si asume que la densidad en el centro es órdenes superiores al valor promedio, ¡existe una vista poco interesante! Como señaló Zack, tendremos mucha luz de longitud de onda larga debido a la abundancia de estrellas viejas.

Se menciona que la vista óptica no será demasiado atractiva, pero hay una cierta emoción en estar en el centro de un cúmulo globular. Es muy difícil permanecer allí durante mucho tiempo evitando colisiones o sobreviviendo a la radiación y los vientos estelares de colisiones y novas que son frecuentes para el cúmulo globular.

— Cheeku
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λ

$\lambda$

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

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

No, lo uso como una estimación aproximada del orden de la distancia media entre dos estrellas en el cúmulo globular.

— Cheeku

10^{8}

$10^8$

Sí, esta estimación particular depende en gran medida de la densidad numérica, que supuse que era uniforme. Busqué en muchos artículos y tuve largos cálculos en mi cuaderno, pero luego necesitaba una idea de cómo se "vería" así que ...

— Cheeku

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@AlexeyBobrick Ahora, ya veo. Tengo algo que aprender de mi propia respuesta. ¡Bueno!

— Cheeku