Световое эхо — физическое явление, вызванное отражением света от поверхностей, удаленных от источника, и приходом к наблюдателю с задержкой относительно этого расстояния. Это 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]
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 достигаются 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.
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]
Используя световое эхо, иногда можно увидеть слабые отражения исторических сверхновых . Астрономы вычислили эллипсоид , в фокусе которого находится Земля и остаток сверхновой , 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 охарактеризовать пылевые облака, лежащие дальше, но близко к лучу зрения 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 заслоняла прямой обзор. Отражения от разных направлений позволяют астрономам определить, была ли сверхновая асимметричной и сияла ли она в одних направлениях ярче, чем в других. Предполагалось, что прародительница Кассиопеи А асимметрична, [9] и изучение светового эха Кассиопеи А позволило впервые обнаружить асимметрию сверхновой в 2010 году. [10]
Еще одним примером являются сверхновые SN 1993J [11] и SN 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, чем другие самозванцы сверхновых. [13]
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]
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 подверг сомнению теории Кудерка: «Показано, что существует существенная ошибка в доказательстве, согласно которому Кудерк предполагал возможность расширения яркого кольца (туманности) вокруг Новой Персеи 1901 года с скорость, превышающую скорость света». [17] Он продолжает: «Сравнение формул, полученных автором, с выводами и формулами Кудерка, показывает, что совпадение параллакса, рассчитанного по схеме Кудрека, с параллаксами, полученными другими методами, могло быть случайным. " [17]
.jpg/1280px-An_echo_of_light_ShaSS_073,_ShaSS_622,_ShaSS_622-073_(cropped).jpg)
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]
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 сайта Galaxy Zoo , заявил: «Мы думаем, что в недавнем прошлом в галактике IC 2497 находился чрезвычайно яркий квазар. освещает близлежащий Ворверп, 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 – именно это световое эхо было обнаружено заморожено во времени, чтобы мы могли его наблюдать». [26] Анализ HsV, в свою очередь, привел к изучению объектов, называемых галактиками Вурверпьес и Зеленая фасоль .
.gif/1280px-Cassiopeia_A_infrared_echo_(north).gif)
.gif/1280px-Cassiopeia_A_infrared_echo_(south).gif)
