Световое эхо
Световое эхо — физическое явление, вызванное света отражением от поверхностей, удаленных от источника, и приходом к наблюдателю с задержкой относительно этого расстояния. Явление аналогично эху звука , но из-за гораздо большей скорости света оно в основном проявляется только на астрономических расстояниях.
Например, световое эхо возникает, когда внезапная вспышка новой звезды отражается от облака космической пыли и достигает наблюдателя через более длительное время, чем в противном случае она могла бы пройти по прямому пути. Из-за своей геометрии световое эхо может создать иллюзию сверхсветового движения . [1]
Объяснение
[ редактировать ]
Световое эхо возникает, когда первоначальная вспышка быстро ярчающего объекта, такого как новая, отражается от промежуточной межзвездной пыли , которая может находиться или не находиться в непосредственной близости от источника света. Свет от первоначальной вспышки сначала достигает зрителя, а свет, отраженный от пыли или других объектов между источником и зрителем, начинает прибывать вскоре после этого. Поскольку этот свет путешествовал не только вперед, но и от звезды, он создает иллюзию эха, распространяющегося быстрее скорости света . [3]
На первой иллюстрации выше свет, следующий по пути A, излучается из исходного источника и первым достигает наблюдателя. Свет, следующий по пути B, отражается от части газового облака в точке между источником и наблюдателем, а свет, следующий по пути C, отражается от части газового облака, перпендикулярной прямому пути. Хотя кажется, что свет, следующий по путям B и C, исходит к наблюдателю из одной и той же точки неба, на самом деле B находится значительно ближе. В результате эхо события, например, в равномерно распределенном (сферическом) облаке, будет казаться наблюдателю расширяющимся со скоростью, приближающейся к скорости света или превышающей ее, поскольку наблюдатель может предположить, что свет от B на самом деле является свет от С.
Все отраженные световые лучи, исходящие от вспышки и достигающие Земли вместе, пройдут одинаковое расстояние. Когда лучи света отражаются, возможные пути между источником и Землей, которые приходят одновременно, соответствуют отражениям на эллипсоиде с источником вспышки и Землей в качестве двух ее фокусов (см. анимацию справа). Этот эллипсоид естественным образом расширяется со временем.
Примеры
[ редактировать ]V838 Единорог
[ редактировать ]
Переменная звезда V838 Единорога испытала значительную вспышку в 2002 году, которую наблюдал космический телескоп Хаббл . Вспышка оказалась неожиданной для наблюдателей, когда объект, казалось, расширялся со скоростью, намного превышающей скорость света, поскольку его видимый визуальный размер увеличился с 4 до 7 световых лет за считанные месяцы. [3] [4]
Сверхновые
[ редактировать ]Используя световое эхо, иногда можно увидеть слабые отражения исторических сверхновых . Астрономы вычислили эллипсоид которого находится Земля и остаток сверхновой , в фокусе , чтобы определить местонахождение облаков пыли и газа на его границе. Идентификацию можно провести с помощью кропотливого сравнения фотографий, сделанных с интервалом в несколько месяцев или лет, и выявления изменений в световой ряби, распространяющейся в межзвездной среде. Анализируя спектры отраженного света, астрономы смогут различить химические признаки сверхновых, чей свет достиг Земли задолго до изобретения телескопа, и сравнить взрыв с его остатками, которым могут быть столетия или тысячелетия. Первый зарегистрированный случай такого эха был в 1936 году, но подробно он не изучался. [4]
Примером может служить сверхновая SN 1987A , ближайшая сверхновая современности. Его световое эхо помогло составить карту морфологии непосредственной близости. [5] а также для характеристики пылевых облаков, лежащих дальше, но близко к лучу видимости с Земли. [6]
Другой пример — сверхновая SN 1572, наблюдавшаяся на Земле в 1572 году, где в 2008 году слабые световые эхо были замечены на пыли в северной части Млечного Пути . [7] [8]
Световое эхо также использовалось для изучения сверхновой, которая произвела остаток сверхновой Кассиопея А. [7] Свет Кассиопеи А мог быть виден на Земле около 1660 года, но остался незамеченным, вероятно, потому, что пыль закрывала прямой обзор. Отражения от разных направлений позволяют астрономам определить, была ли сверхновая асимметричной и сияла ли она в одних направлениях ярче, чем в других. Предшественник Кассиопеи А подозревался в асимметричности. [9] а наблюдение за световым эхом Кассиопеи А позволило впервые обнаружить асимметрию сверхновой в 2010 году. [10]
Еще одним примером являются сверхновые SN 1993J. [11] и СН 2014J . [12]
Световое эхо от Великого извержения Эта Киля в 1838-1858 годах было использовано для изучения этого самозванца сверхновой . Исследование 2012 года, в котором использовались спектры светового эха Великого извержения, показало, что извержение было холоднее по сравнению с другими самозванцами сверхновых. [13]
Цефеиды
[ редактировать ]Световые эхо использовались для определения расстояния до переменной цефеиды RS Puppis с точностью 1%. [14] Пьер Кервелла из Европейской южной обсерватории назвал это измерение «самым точным расстоянием до цефеиды». [15]
Новый Персей 1901 г.
[ редактировать ]В 1939 году французский астроном Поль Кудерк опубликовал исследование под названием «Les Auréoles Lumineuses des Novae» («Светящиеся ореолы новых звезд»). [16] В рамках этого исследования Кудерк опубликовал вывод местоположения эха и временных задержек в параболоидном, а не эллипсоидном приближении бесконечного расстояния. [16] Однако в своем исследовании 1961 года Ю.К. Гулак поставил под сомнение теории Кудерка: «Показано, что имеется существенная ошибка в доказательстве, согласно которому Кудерк предполагал возможность расширения яркого кольца (туманности) вокруг Новой Персеи 1901 года со скоростью, превышающей что света». [17] Он продолжает: «Сравнение формул, полученных автором, с выводами и формулами Кудерка, показывает, что совпадение параллакса, вычисленного по схеме Кудрека, с параллаксами, полученными другими методами, могло быть случайным». [17]
Система ШАСС 622-073
[ редактировать ]
Система ShaSS 622-073 состоит из более крупной галактики ShaSS 073 (отмечена желтым цветом на изображении справа) и меньшей галактики ShaSS 622 (отмечена синим цветом), которые находятся в самом начале слияния. Яркое ядро ShaSS 073 возбудило своим излучением область газа внутри диска ShaSS 622; хотя ядро потускнело за последние 30 000 лет, этот регион все еще ярко светится, повторно излучая свет. [18]
Квазарный свет и ионизационное эхо
[ редактировать ]
С 2009 года исследуются объекты, известные как световое эхо квазара или эхо ионизации квазара. [19] [20] [21] [22] [23] [24] Хорошо изученным примером светового эха квазара является объект, известный как Ханни Вурверп (HsV). [25]
HsV полностью состоит из настолько горячего газа (около 10 000 градусов по Цельсию ), что астрономы решили, что его нужно подсветить чем-то мощным. [26] После нескольких исследований светового и ионизационного эха было высказано предположение, что они, вероятно, вызваны «эхом» ранее активного АЯГ , который отключился. Кевин Шавински , соучредитель веб-сайта Galaxy Zoo , заявил: «Мы думаем, что в недавнем прошлом в галактике IC 2497 находился чрезвычайно яркий квазар. освещает близлежащий Вурверп, хотя квазар закрылся где-то за последние 100 000 лет, а сама черная дыра галактики затихла». [26] Крис Линтотт , также соучредитель Galaxy Zoo, заявил: «С точки зрения Вурверпа галактика выглядит такой же яркой, какой она была до того, как погасла черная дыра – это световое эхо, застывшее во времени». чтобы мы могли наблюдать». [26] Анализ HsV, в свою очередь, привел к изучению объектов, называемых галактиками Ворверпьес и Зеленая фасоль .
Галерея
[ редактировать ]
Световое эхо на Эта Киля
Световое эхо на Кассиопее (север) воспроизводится взад и вперед.
Световое эхо на Кассиопее (юг) воспроизводится взад и вперед.
См. также
[ редактировать ]- Черенковское излучение
- I Цвикки 1#Сверхмассивная черная дыра , первый известный пример светового эха, исходящего из-за черной дыры.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Бонд, HE; и др. (2003). «Энергичная звездная вспышка, сопровождаемая околозвездным световым эхом». Природа . 422 (6930): 405–408. arXiv : astro-ph/0303513 . Бибкод : 2003Natur.422..405B . дои : 10.1038/nature01508 . ПМИД 12660776 . S2CID 90973 .
- ^ «Анатомия светового эха» .
- ^ Перейти обратно: а б Бритт, РР; Бонд, Х. (26 марта 2003 г.). «Хроники Хаббла о загадочной вспышке с потрясающими фотографиями» . Space.com . Архивировано из оригинала 25 ноября 2006 г. Проверено 17 апреля 2007 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Хаббл наблюдает за световым эхом от загадочной извергающейся звезды» . Европейское космическое агентство . 26 марта 2007 года . Проверено 15 мая 2017 г.
- ^ Сугерман, БЕК; Кроттс, АПС; Кункель, МЫ; Хиткот, СР; Лоуренс, СС (2005). «Новый взгляд на околозвездную среду SN 1987A» . Астрофизический журнал . 627 (2): 888–903. arXiv : astro-ph/0502268 . Бибкод : 2005ApJ...627..888S . дои : 10.1086/430396 .
- ^ Малин Д. «Световое эхо сверхновой 1987А, ААТ 66» . Австралийская астрономическая обсерватория .
- ^ Перейти обратно: а б Семенюк И. (23 января 2008 г.). «Отголоски сверхновых — это окно в прошлое галактики» . Новый учёный . Проверено 15 мая 2017 г.
- ^ Краузе, О.; Танака, М.; Усуда, Т.; Хаттори, Т.; Гото, М.; Биркманн, С.; Номото, К. (2008). «Сверхновая Тихо Браге 1572 года как стандартный взрыв типа Ia, выявленный по спектру светового эха». Природа . 456 (7222): 617–619. arXiv : 0810.5106 . Бибкод : 2008Natur.456..617K . дои : 10.1038/nature07608 . ПМИД 19052622 . S2CID 4409995 .
- ^ Уиллер, Дж. К.; Маунд, младший; Коуч, СМ (2007). «Форма Каса А» . Астрофизический журнал . 677 (2): 1091–1099. arXiv : 0711.3925 . Бибкод : 2008ApJ...677.1091W . дои : 10.1086/528366 .
- ^ Рест, А.; и др. (2011). «Прямое подтверждение асимметрии взрыва SN Cas A световыми эхами» . Астрофизический журнал . 732 (1): 3. arXiv : 1003.5660 . Бибкод : 2011ApJ...732....3R . дои : 10.1088/0004-637X/732/1/3 .
- ^ Шугерман, Б.; Кроттс, А. (2002). «Множественные световые эхо сверхновой 1993J» . Письма астрофизического журнала . 581 (2): L97. arXiv : astro-ph/0207497 . Бибкод : 2002ApJ...581L..97S . дои : 10.1086/346016 .
- ^ Кроттс, А. (2015). «Световое эхо сверхновой 2014J в M82» . Письма астрофизического журнала . 804 (2): L37. arXiv : 1409.8671 . Бибкод : 2015ApJ...804L..37C . дои : 10.1088/2041-8205/804/2/L37 .
- ^ Рест, А.; Прието, Дж.Л.; Уолборн, Северная Каролина; Смит, Н.; Бьянко, ФБ; Чорнок, Р.; Уэлч, Д.Л.; Хауэлл, округ Колумбия; Хубер, Мэн; Фоли, Р.Дж.; Фонг, В. (февраль 2012 г.). «Световое эхо показывает неожиданно прохладную Эта Киля во время Великого извержения 19-го века». Природа . 482 (7385): 375–378. arXiv : 1112.2210 . дои : 10.1038/nature10775 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 22337057 . S2CID 205227548 .
- ^ Кервелла, П.; Меран, А.; Сабадос, Л.; Фуке, П.; Берсье, Д.; Помпеи, Э.; Перрен, Г. (2008). «Долгопериодическая галактическая цефеида RS Корма: I. Геометрическое расстояние от ее световых отголосков» . Астрономия и астрофизика . 480 (1): 167–178. arXiv : 0802.1501 . Бибкод : 2008A&A...480..167K . дои : 10.1051/0004-6361:20078961 . ISSN 0004-6361 . S2CID 14865683 .
- ^ «Световое эхо шепчет расстояние до звезды» (Пресс-релиз). Европейская южная обсерватория . 11 февраля 2008 года . Проверено 18 октября 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б Кудерк, П. (1939). «Светящиеся ореолы новых звезд». Анналы астрофизики . 2 : 271–302. Бибкод : 1939АнАп....2..271С .
- ^ Перейти обратно: а б Гулак, Ю.К. (1961). «Замечания по объяснению распространения световой волны вокруг Новой Персея 1901 г.». Советская астрономия . 4 : 653. Бибкод : 1961СвА.....4..653Г .
- ^ «Эхо света» . www.eso.org . Проверено 2 апреля 2018 г.
- ^ Линтотт, CJ; и др. (2009). «Зоопарк Галактики: «Ворверп Ханни», световое эхо квазара?» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 399 (1): 129–140. arXiv : 0906.5304 . Бибкод : 2009MNRAS.399..129L . дои : 10.1111/j.1365-2966.2009.15299.x .
- ^ Киль, туалет; и др. (2015). «HST-изображения затухающих кандидатов АЯГ. I. Свойства родительской галактики и происхождение расширенного газа» . Астрономический журнал . 149 (5): 23. arXiv : 1408.5159 . Бибкод : 2015AJ....149..155K . дои : 10.1088/0004-6256/149/5/155 .
- ^ Ширмер, М.; Диас, Р.; Хольхем, К.; Левенсон, Северная Каролина; К. Винге, К. (2013). «Образец сейфертовских галактик-2 со сверхяркими областями с узкими линиями, охватывающими всю галактику: световые эхо квазаров?» . Астрофизический журнал . 763 (1): 19. arXiv : 1211.7098 . Бибкод : 2013ApJ...763...60S . дои : 10.1088/0004-637X/763/1/60 .
- ^ Дэвис, РЛ; Ширмер, М.; Тернер, JEH (2015). «Галактика «Зеленая фасоль» SDSS J224024.1--092748: расшифровка эмиссионной сигнатуры ионизационного эха квазара» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 449 (2): 1731–1752. arXiv : 1502.07754 . Бибкод : 2015MNRAS.449.1731D . дои : 10.1093/mnras/stv343 .
- ^ Ширмер, М.; и др. (2016). «Об эхо ионизации АЯГ, тепловом эхо и дефиците ионизации в сгустках Лайман-альфа с низким красным смещением» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 463 (2): 1554–1586. arXiv : 1607.06481 . Бибкод : 2016MNRAS.463.1554S . дои : 10.1093/mnras/stw1819 .
- ^ Швейцер, Ф.; Зейцер, П.; Келсон, Д.; Вильянуэва, Э.; Уолт, Г. (2013). «Туманность [O III] остатка слияния NGC 7252: вероятное слабое эхо ионизации» . Астрофизический журнал . 773 (2): 19. arXiv : 1307.2233 . Бибкод : 2013ApJ...773..148S . дои : 10.1088/0004-637X/773/2/148 .
- ^ Ринкон, П. (5 августа 2008 г.). «Учитель нашел новый космический объект» . Новости Би-би-си . Проверено 22 сентября 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б с « Космический призрак обнаружен астрономом-добровольцем» . Физика.орг . 5 августа 2008 г. Проверено 22 сентября 2016 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Присоединяйтесь к охоте за отголосками света сверхновой — анимация эллипсоида отражения
- проект СуперМАЧО