stringtranslate.com

Световое эхо

Отраженный свет, следующий по пути B, появляется вскоре после прямой вспышки, следующей по пути A, но раньше света, следующего по пути C. B и C находятся на одинаковом видимом расстоянии от звезды, если смотреть с Земли .

Световое эхо — это физическое явление, вызванное отражением света от поверхностей, удаленных от источника, и прибытием 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 от новой звезды отражается от космического пылевого облака и достигает наблюдателя после более длительного времени, чем это было бы в противном случае при прямом пути. Из-за своей геометрии световое эхо может создавать иллюзию сверхсветового движения . [1]

Объяснение

Расстояние, пройденное от одного фокуса до другого через некоторую точку эллипса, одинаково независимо от выбранной точки.
Прямой свет от звездной вспышки (белое пятно) достигает наблюдателя (путь 0), а затем следует свет, отраженный от частиц на все более широких параболоидах (1–5): наблюдаемый диск изначально, по-видимому, расширяется быстрее света, но эта иллюзия возникает из-за отражения света от различных не связанных между собой частиц [2] (АНИМАЦИЯ)

Световые эхо возникают, когда начальная вспышка от быстро становящегося ярче объекта, такого как новая, отражается от промежуточной межзвездной пыли , которая может находиться или не находиться в непосредственной близости от источника света. Свет от начальной вспышки первым достигает наблюдателя, в то время как свет, отраженный от пыли или других объектов между источником и наблюдателем, начинает достигать его вскоре после этого. Поскольку этот свет прошел только вперед и от звезды, он создает иллюзию эха, расширяющегося быстрее скорости света . [3]

На первой иллюстрации выше свет, следующий по пути A, испускается 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 свет, следующий по путям B и C, кажется наблюдателю исходящим из одной и той же точки на небе, B на самом деле значительно ближе. В результате эхо события в равномерно распределенном (сферическом) облаке, например, 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 светом от C.

Все отраженные световые лучи, которые исходят от вспышки и достигают 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 его фокусов (см. анимацию справа). Этот эллипсоид естественным образом расширяется со временем.

Примеры

V838 Единорог

Изображения, демонстрирующие расширение светового эха V838 Monocerotis . Кредит: NASA / ESA .

Переменная звезда V838 Единорога испытала значительную вспышку в 2002 году, что было зафиксировано космическим телескопом Хаббл . Вспышка оказалась неожиданной для наблюдателей, когда объект, казалось, расширялся со скоростью, намного превышающей скорость света, поскольку он вырос от видимого визуального размера 4 до 7 световых лет за считанные месяцы. [3] [4]

Сверхновые

Используя световые эхо, иногда можно увидеть слабые отражения исторических сверхновых . Астрономы вычисляют эллипсоид , в фокусе которого находится Земля и остаток сверхновой , чтобы определить местоположение облаков пыли и газа на его границе. Идентификация может быть выполнена с помощью трудоемких сравнений фотографий, сделанных с разницей в месяцы или годы, и выявления изменений в световой ряби в межзвездной среде. Анализируя спектры отраженного света, астрономы могут различать химические сигнатуры сверхновых, свет которых достиг Земли задолго до изобретения телескопа, и сравнивать взрыв с его остатками, которым могут быть столетия или тысячелетия. Первый зарегистрированный случай такого эха был в 1936 году, но он не был изучен подробно. [4]

Примером может служить сверхновая SN 1987A , ближайшая сверхновая в наше время. Ее световые эхо помогли в картировании морфологии непосредственной близости [5], а также в характеристике пылевых облаков, лежащих дальше, но близко к линии зрения с Земли. [6]

Другим примером является сверхновая SN 1572, наблюдавшаяся на Земле в 1572 году, где в 2008 году были видны слабые световые эхо-сигналы от пыли в северной части Млечного Пути . [7] [8]

Световые эхо также использовались для изучения сверхновой, которая произвела остаток сверхновой Кассиопея А. [ 7] Свет от Кассиопеи А мог быть виден на Земле около 1660 года, но остался незамеченным, вероятно, потому что пыль заслоняла прямой обзор. Отражения с разных направлений позволяют астрономам определить, была ли сверхновая асимметричной и светила ли она ярче в одних направлениях, чем в других. Предшественник Кассиопеи А подозревался в асимметричности, [9] и наблюдение за световыми эхо Кассиопеи А позволило впервые обнаружить асимметрию сверхновой в 2010 году. [10]

Другими примерами являются сверхновые SN 1993J [11] и SN 2014J [12] .

Световое эхо от Великого извержения Эты Карины 1838-1858 годов было использовано для изучения этого самозванца сверхновой . Исследование 2012 года, в котором использовались спектры светового эха от Великого извержения, показало, что извержение было холоднее по сравнению с другими самозванцами сверхновой. [13]

Цефеиды

Световые эхо от RS Кормы распространяются через ее отражательную туманность.

Световые эхо были использованы для определения расстояния до цефеиды переменной RS Puppis с точностью до 1%. [14] Пьер Кервелла из Европейской южной обсерватории описал это измерение как «наиболее точное расстояние до цефеиды» на сегодняшний день. [15]

Новая Персея 1901 г.

В 1939 году французский астроном Поль Кудерк опубликовал исследование под названием «Les Auréoles Lumineuses des Novae» (Светящиеся ореолы Новых). [16] В рамках этого исследования Кудерк опубликовал вывод местоположений эхо-сигналов и временных задержек в параболоидном, а не эллипсоидном приближении бесконечного расстояния. [16] Однако в своем исследовании 1961 года Ю.К. Гулак подверг сомнению теории Кудерка: «Показано, что в доказательстве, согласно которому Кудерк предполагал возможность расширения яркого кольца (туманности) вокруг Новой Персея 1901 года со скоростью, превышающей скорость света, есть существенная ошибка». [17] Он продолжает: «Сравнение формул, полученных автором, с выводами и формулами Кудерка показывает, что совпадение параллакса, вычисленного по схеме Кудерка, с параллаксами, полученными другими методами, могло быть случайным». [17]

Система ШАСС 622-073

Эхо света галактики ShaSS 073, обнаруженное обзорным телескопом VLT Европейской Южной обсерватории .

Система ShaSS 622-073 состоит из более крупной галактики ShaSS 073 (на изображении справа она показана желтым цветом) и меньшей галактики ShaSS 622 (на изображении справа она показана синим цветом), которые находятся в самом начале слияния. Яркое ядро ​​ShaSS 073 возбудило своим излучением область газа внутри диска ShaSS 622; даже несмотря на то, что ядро ​​потускнело за последние 30 000 лет, область все еще ярко светится, поскольку она повторно излучает свет. [18]

Свет квазара и ионизационные эхо-сигналы

Изображение NGC 5972, полученное космическим телескопом «Хаббл», эхо-сигнал ионизации квазара.

С 2009 года были исследованы объекты, известные как световые эхо квазара или ионизационные эхо квазара. [19] [20] [21] [22] [23] [24] Хорошо изученным примером светового эха квазара является объект, известный как Ворверп Ханни (HsV). [25]

HsV полностью состоит из газа, настолько горячего — около 10 000 градусов по Цельсию  — что астрономы посчитали, что его должно было осветить что-то мощное. [26] После нескольких исследований света и эха ионизации, считается, что они, вероятно, вызваны «эхом» ранее активного AGN , которое отключилось. Кевин Шавински , соучредитель веб-сайта Galaxy Zoo , заявил: «Мы думаем, что в недавнем прошлом галактика IC 2497 принимала чрезвычайно яркий квазар. Из-за огромных масштабов галактики и Voorwerp свет из того прошлого все еще освещает близлежащий Voorwerp, хотя квазар отключился где-то за последние 100 000 лет, а сама черная дыра галактики затихла». [26] Крис Линтотт , также один из основателей Galaxy Zoo, заявил: «С точки зрения Voorwerp, галактика выглядит такой же яркой, какой она была бы до того, как черная дыра погасла — это световое эхо, которое было заморожено во времени, чтобы мы могли его наблюдать». [26] Анализ HsV, в свою очередь, привел к изучению объектов, называемых Voorwerpjes и Green Bean galaxys .

Галерея

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Бонд, Х. Э. и др. (2003). «Энергичная вспышка звезды, сопровождаемая околозвездными световыми эхами». Nature . 422 (6930): 405–408. arXiv : astro-ph/0303513 . Bibcode :2003Natur.422..405B. doi :10.1038/nature01508. PMID  12660776. S2CID  90973.
  2. ^ «Анатомия светового эха».
  3. ^ ab Britt, RR; Bond, H. (26 марта 2003 г.). "Хроники таинственного выброса Хаббла с 'сногсшибательными' снимками". Space.com . Архивировано из оригинала 25-11-2006 . Получено 17-04-2007 .
  4. ^ ab "Hubble наблюдает световое эхо от таинственной извергающейся звезды". Европейское космическое агентство . 26 марта 2007 г. Получено 15 мая 2017 г.
  5. ^ Sugerman, BEK; Crotts, APS; Kunkel, WE; Heathcote, SR; Lawrence, SS (2005). «Новый взгляд на околозвездную среду SN 1987A». The Astrophysical Journal . 627 (2): 888–903. arXiv : astro-ph/0502268 . Bibcode : 2005ApJ...627..888S . doi : 10.1086/430396 .
  6. ^ Малин, Д. «Световое эхо сверхновой 1987A, AAT 66». Австралийская астрономическая обсерватория .
  7. ^ ab Semeniuk, I. (23 января 2008 г.). «Эхо сверхновых — это окно в прошлое галактики». New Scientist . Получено 15.05.2017 .
  8. ^ Krause, O.; Tanaka, M.; Usuda, T.; Hattori, T.; Goto, M.; Birkmann, S.; Nomoto, K. (2008). «Сверхновая Тихо Браге 1572 года как стандартный взрыв типа Ia, выявленный по спектру ее светового эха». Nature . 456 (7222): 617–619. arXiv : 0810.5106 . Bibcode :2008Natur.456..617K. doi :10.1038/nature07608. PMID  19052622. S2CID  4409995.
  9. ^ Уилер, Дж. К.; Маунд, Дж. Р.; Коуч, СМ (2007). «Форма Cas A». The Astrophysical Journal . 677 (2): 1091–1099. arXiv : 0711.3925 . Bibcode : 2008ApJ...677.1091W . doi : 10.1086/528366 .
  10. ^ Rest, A.; et al. (2011). "Прямое подтверждение асимметрии взрыва сверхновой Cas A со световыми эхами". The Astrophysical Journal . 732 (1): 3. arXiv : 1003.5660 . Bibcode : 2011ApJ...732....3R . doi : 10.1088/0004-637X/732/1/3 .
  11. ^ Sugerman, B.; Crotts, A. (2002). "Multiple Light Echoes from Supernova 1993J". The Astrophysical Journal Letters . 581 (2): L97. arXiv : astro-ph/0207497 . Bibcode : 2002ApJ...581L..97S . doi : 10.1086/346016 .
  12. ^ Crotts, A. (2015). "Световые эхо от сверхновой 2014J в M82". The Astrophysical Journal Letters . 804 (2): L37. arXiv : 1409.8671 . Bibcode : 2015ApJ...804L..37C . doi : 10.1088/2041-8205/804/2/L37 .
  13. ^ Rest, A.; Prieto, JL; Walborn, NR; Smith, N.; Bianco, FB; Chornock, R.; Welch, DL; Howell, DA; Huber, ME; Foley, RJ; Fong, W. (февраль 2012 г.). «Световые эхо-сигналы обнаруживают неожиданно холодную Eta Carinae во время ее Великого извержения в 19 веке». Nature . 482 (7385): 375–378. arXiv : 1112.2210 . doi :10.1038/nature10775. ISSN  0028-0836. PMID  22337057. S2CID  205227548.
  14. ^ Кервелла, П.; Меранд, А.; Сабадос, Л.; Фуке, П.; Берсье, Д.; Помпеи, Э.; Перрен, Г. (2008). «Долгопериодическая галактическая цефеида RS Кормы: I. Геометрическое расстояние от ее световых эхо». Астрономия и астрофизика . 480 (1): 167–178. arXiv : 0802.1501 . Bibcode : 2008A&A...480..167K. doi : 10.1051/0004-6361:20078961. ISSN  0004-6361. S2CID  14865683.
  15. ^ "Световые эхо шепчут расстояние до звезды" (Пресс-релиз). Европейская южная обсерватория . 11 февраля 2008 г. Получено 18 октября 2015 г.
  16. ^ аб Кудерк, П. (1939). «Les Aureoles Lumineuses des Novae». Анналы астрофизики . 2 : 271–302. Бибкод : 1939АнАп....2..271С .
  17. ^ ab Гулак, Ю.К. (1961). "Замечания к объяснению распространения световой волны вокруг Новой Персея 1901 года". Советская астрономия . 4 : 653. Bibcode : 1961SvA.....4..653G .
  18. ^ "Эхо света". www.eso.org . Получено 2 апреля 2018 г. .
  19. ^ Lintott, CJ; et al. (2009). «Galaxy Zoo: „Hanny's Voorwerp“, эхо света квазара?». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 399 (1): 129–140. arXiv : 0906.5304 . Bibcode : 2009MNRAS.399..129L . doi : 10.1111/j.1365-2966.2009.15299.x .
  20. ^ Keel, WC; et al. (2015). "HST Imaging of Fading AGN Candidates. I. Host-galaxy Properties and Origin of the Extended Gas". The Astronomical Journal . 149 (5): 23. arXiv : 1408.5159 . Bibcode : 2015AJ....149..155K . doi : 10.1088/0004-6256/149/5/155 .
  21. ^ Ширмер, М.; Диас, Р.; Холхьем, К.; Левенсон, NA; К. Винге, К. (2013). "Выборка галактик Сейферта-2 с ультраяркими узкими линиями по всей галактике: эхо света квазаров?". The Astrophysical Journal . 763 (1): 19. arXiv : 1211.7098 . Bibcode : 2013ApJ...763...60S . doi : 10.1088/0004-637X/763/1/60 .
  22. ^ Дэвис, Р. Л.; Ширмер, М.; Тернер, Дж. Э. Х. (2015). «Галактика «Зеленая фасоль» SDSS J224024.1--092748: Раскрытие сигнатуры излучения ионизационного эха квазара». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 449 (2): 1731–1752. arXiv : 1502.07754 . Bibcode : 2015MNRAS.449.1731D . doi : 10.1093/mnras/stv343 .
  23. ^ Ширмер, М.; и др. (2016). «О эхо-сигналах ионизации AGN, тепловых эхо-сигналах и дефиците ионизации в каплях Лайман-альфа с низким красным смещением». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 463 (2): 1554–1586. arXiv : 1607.06481 . Bibcode : 2016MNRAS.463.1554S . doi : 10.1093/mnras/stw1819 .
  24. ^ Швейцер, Ф.; Зейтцер, П.; Кельсон, Д.; Виллануева, Э.; Уолт, Г. (2013). "Туманность [O III] остатка слияния NGC 7252: вероятное слабое ионизационное эхо". The Astrophysical Journal . 773 (2): 19. arXiv : 1307.2233 . Bibcode : 2013ApJ...773..148S . doi : 10.1088/0004-637X/773/2/148 .
  25. ^ Ринкон, П. (5 августа 2008 г.). «Учитель находит новый космический объект». BBC News . Получено 22 сентября 2016 г.
  26. ^ abc ""Космический призрак" обнаружен добровольцем-астрономом". Phys.org . 5 августа 2008 г. Получено 22 сентября 2016 г.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Световое эхо .