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), за которым следует свет, отраженный от частиц на все более широких параболоидах (1–5): наблюдаемый диск, по-видимому, изначально 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, например, эхо события 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 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 обнаружения 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 на 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-сигналы использовались для определения расстояния до цефеиды 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; хотя ядро ​​и потускнело за последние 30 000 лет, эта область все еще ярко светится, поскольку она повторно излучает свет. [18]

Свет квазара и ионизационные эхо

Изображение NGC 5972, полученное космическим телескопом «Хаббл», эхо 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.; Меран, А.; Сабадос, Л.; Фуке, П.; Берсье, Д.; Помпеи, Э.; Перрен, Г. (2008). «Долгопериодическая галактическая цефеида RS Корма: I. Геометрическое расстояние от ее световых эхо». 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.
  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. ^ Линтотт, CJ; и др. (2009). «Зоопарк Галактики: «Вурверп 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 .
  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 .