Світлове відлуння

Відбите світло, що йде по шляху B прибув незабаром після спалаху світла, що йде по шляху A, і раніше світла, що йде по шляху C. Шляхи B і C мають однакову довжину і з Землі здається, що вони прийшли одночасно, хоча між точками, де відбився світло, може бути дуже велику відстань (порядку світлових років і більше).

Світлове відлуння - феномен, спостережуваний в астрономії. За аналогією зі звуковим луна, світлове відлуння виникає при раптовій спалаху світла, наприклад, при спалахах нових, коли світло відбивається від об'єктів поза джерела і прибуває до спостерігача через деякий час після первісної спалаху. Через особливості геометрії явища, світлове відлуння може породжувати ілюзію, що світло приходить до спостерігача зі надсвітловою швидкістю [1].


1. Пояснення

Світлове відлуння виникає при первісній спалаху об'єкта, такий, наприклад, як нові, коли світло відбивається від хмар пилу, які можуть бути пов'язані з джерелом світла, а можуть бути і не пов'язані. Світло від початкової спалаху прибуває до спостерігача першим, в той час як світло, відбите від пилу і інших об'єктів навколо джерела починає прибувати дещо пізніше. Чим далі знаходяться порошинки, висвітлених спалахом, тим пізніше приходять до спостерігача фотони. Ця затримка створює видимість розширення хмари пилу. При цьому в площині спостерігача буде видно "рух" хмари пилу з дуже високою швидкістю (нерідко з надсвітловою) [2].

На малюнку праворуч світло, що йде по шляху A, приходить від джерела до спостерігача в першу чергу. Світло, що проходить по шляху B, відбивається від частини газової хмари в точці між джерелом і спостерігачем, а світло, що проходить по шляху C, відбивається від частини газової хмари, перпендикулярного шляху A. Хоча світло йде по шляхах B і C для спостерігача виходить з однієї і тієї ж точки в небі, шлях B насправді значно коротший. В результаті, хмара пилу, на думку спостерігача, розширюється набагато швидше, ніж швидкість світла.

Відстань від одного фокуса до іншого через будь-яку точку на еліпсі, в будь-який момент часу, однаково.

Так як швидкість світла є постійною величиною, весь світ, який приходить від спалаху в одне і теж час, повинен проходити однакову відстань. Коли промінь світла відбивається, можливі шляхи між джерелом і спостерігачем відповідають віддзеркаленням на еліпсоїді, в якому спостерігач і джерело, знаходяться у фокусах еліпсоїда (див. анімацію праворуч). Цей еліпсоїд природно розширюється з плином часу.


2. Приклади

Зображення показує розширення світлового луни у V838 Єдинорога. Зображення NASA / ESA.

Змінна зірка V838 Єдинорога зазнала значних спалахи, які спостерігалися космічним телескопом Хаббла в 2002. Вибух підніс сюрприз спостерігачам, коли об'єкт розширився зі швидкістю набагато перевищує швидкість світла, так як оболонка збільшила свій видимий розмір з 4 до 7 світлових років, протягом декількох місяців [2]. Насправді нічого нікуди не рухається - світло лише проявляє невидимі досі пилові оболонки, які зірка сформувала загодя. Розширення світлового луни тривало аж до 2010 [3].

Світлове відлуння було використано для визначення відстані до змінної цефеїди RS Корми з точністю до 1% від його істинного значення. На думку авторів статті, в якій були викладені результати [4], ця відстань є найбільш точні вимірювання відстаней до цефеїди. Світлове відлуння спостерігалося у сучасній наднової SN 1987A [5] : 29 і в іншої наднової SN 1993J [6], одного з найближчих вибухів наднових зірок до сучасної епохи. Перший зареєстрований випадок світлового луни був в 1936 [3], але він не вивчений в деталях.

Розрахувавши еліпсоїд, в якому Земля і залишок наднової, знаходяться у фокусах, і, знайшовши місця, де він перетинається з еліпсоїдом хмари пилу і газу, іноді можна побачити слабкі відображення історичних наднових. Використовуючи світлове відлуння, астрономи можуть аналізувати спектр наднових, світло якої досяг Землі ще задовго до винаходу телескопа, багато сторіч або тисячоліть тому. Одним із прикладів є вибух наднової SN 1572, що спостерігався на Землі в 1572. В 2008, слабке світло луни був помічений на пилу в північній частині Чумацького Шляху [7] [8]. Світлове відлуння може бути визначено шляхом порівняння фотографій газу і пилових хмар, знятих з інтервалом у кілька місяців або років. Брижі від світлового луни у вигляді плям зміни яскравості пройде через хмари пилу. Якщо джерело світла не відомий, кілька таких спостережень допоможуть відновити еліпсоїд, дозволивши астрономам визначити походження світловий спалаху.

Світлове відлуння було використано для вивчення наднових, які призвели до утворення залишку наднової Кассіопея A [7]. Світло Кассіопеї A досяг Землі близько 1660, але залишився непоміченим, можливо, тому що хмари пилу перебували на лінії прямої видимості і поглинули світло. Дослідження відбитого світла з різних напрямків дозволяє астрономам визначити, чи була наднова асиметрична в деяких напрямках, чи ні. Прародитель Кассіопеї A підозрювався в асиметрії [9], і вивчення світла залишків Кассіопеї A дозволило в 2010 справити перше виявлення асиметрії вибуху наднової [10].


Примітки

  1. Bond, Howard E.; Henden, Arne; Levay, Zoltan G.; Panagia, Nino; Sparks, William B.; Starrfield, Sumner; Wagner, R. Mark; Corradi, RLM; У. Мунарі (March 27, 2003). " An energetic stellar outburst accompanied by circumstellar light echoes - adsabs.harvard.edu/abs/2003Natur.422..405B ". Nature 422 (6930): 405-408. DOI : 10.1038/nature01508 - dx.doi.org/10.1038/nature01508. PMID 12660776. (Англ.)
  2. 1 2 Britt, Robert Roy; Bond, Howard Hubble Chronicles Mysterious Ouburst With 'Eye-Popping' Pictures - www.space.com/scienceastronomy/light_echo_030326.html. Space.com (27 березня 2003). (Недоступна посилання - історія - web.archive.org / web / * / http://www.space.com/scienceastronomy/light_echo_030326.html) (Англ.)
  3. 1 2 Hubble watches light echo from mysterious erupting star - www.esa.int/esaCP/SEMYZ09YFDD_index_0.html. European Space Agency (March 26, 2007). Читальний - www.webcitation.org/67S183LBU з першоджерела 6 травня 2012. (Англ.)
  4. Kervella, Pierre Light Echoes Whisper The Distance To A Star - www.eso.org/public/outreach/press-rel/pr-2008/pr-05-08.html. Читальний - www.webcitation.org/67S18Sz0i з першоджерела 6 Травень 2012. (Англ.)
  5. Чугай М.М. Сверхновая в Великій Магеллановій Хмарі / / Земля і Всесвіт. - М .: Наука, 1989. - № 2. - С. 22-30.
  6. Sugerman, Ben and Crotts, Arlin (November 8, 2002). " Multiple Light Echoes from Supernova 1993J - arxiv.org/abs/astro-ph/0207497 "( Columbia University). (Англ.)
  7. 1 2 Semeniuk, Ivan Supernova 'echoes' are a window to the galaxy's past, - www.newscientist.com/article/mg19726404.300-supernova-echoes-are-a-window-to-the-galaxys-past.html New Scientist . 24 January 2008. Читальний - www.webcitation.org/67S19mRHZ з першоджерела 6 травня 2012. (Англ.)
  8. Tycho Brahe's 1572 supernova as a standard type Ia explosion revealed from its light echo spectrum - arxiv.org/abs/0810.5106v1. arXiv.org (October 28, 2008). (Англ.)
  9. Wheeler, J. Craig; Maund, Justyn R.; Couch, Sean M. "The Shape of Cas A" - www.arxiv.org/abs/0711.3925, Astrophysical Journal (archived at arXiv.org) 25 November 2007 (Англ.)
  10. Rest, A. et al. (2010). " Direct Confirmation of the Asymmetry of the Cas A SN Explosion with Light Echoes - adsabs.harvard.edu / cgi-bin / bib_query? arXiv: 1003.5660 "( arxiv.org). (Англ.)