Световое эхо

У этого термина существуют и другие значения, см. Эхо (значения).

Отраженный свет, идущий по пути B прибыл вскоре после вспышки света, идущего по пути A, и раньше света, идущего по пути C. Пути B и C имеют одинаковую длину и с Земли кажется, что они пришли одновременно, хотя между точками, где отразился свет, может быть очень большое расстояние (порядка световых лет и более).

Светово́е э́хо — феномен, наблюдаемый в астрономии. По аналогии со звуковым эхо, световое эхо возникает при внезапной вспышке света, например, при вспышках новых, когда свет отражается от объектов вне источника и прибывает к наблюдателю через некоторое время после первоначальной вспышки. Из-за особенностей геометрии явления, световое эхо может порождать иллюзию, что свет приходит к наблюдателю со сверхсветовой скоростью^[1].

Объяснение

Световое эхо возникает при первоначальной вспышке объекта, такой, например, как новые, когда свет отражается от облаков пыли, которые могут быть связаны с источником света, а могут быть и не связаны. Свет от начальной вспышки прибывает к наблюдателю первым, в то время как свет, отраженный от пыли и других объектов вокруг источника начинает прибывать несколько позже. Чем дальше находятся пылинки, высвеченные вспышкой, тем позднее приходят к наблюдателю фотоны. Эта задержка создает видимость расширения облака пыли. При этом в плоскости наблюдателя будет видно «движение» облака пыли с очень высокой скоростью (нередко со сверхсветовой)^[2].

На рисунке справа свет, идущий по пути A, приходит от источника к наблюдателю в первую очередь. Свет, который проходит по пути B, отражается от части газового облака в точке между источником и наблюдателем, а свет, проходящий по пути C, отражается от части газового облака, перпендикулярного пути A. Хотя свет идущий по путям B и C для наблюдателя исходит из одной и той же точки в небе, путь B на самом деле значительно короче. В результате, облако пыли, по мнению наблюдателя, расширяется гораздо быстрее, чем скорость света.

Расстояние от одного фокуса к другому через любую точку на эллипсе, в любой момент времени, одинаково.

Так как скорость света является постоянной величиной, весь свет, который приходит от вспышки в одно и тоже время, должен проходить одинаковое расстояние. Когда луч света отражается, возможные пути между источником и наблюдателем соответствуют отражениям на эллипсоиде, в котором наблюдатель и источник, находятся в фокусах эллипсоида (см. анимацию справа). Этот эллипсоид естественно расширяется с течением времени.

Примеры

Изображение показывает расширение светового эха у V838 Единорога. Изображение NASA/ESA.

Переменная звезда V838 Единорога испытала значительные вспышки, которые наблюдались космическим телескопом Хаббла в 2002 году. Взрыв преподнёс сюрприз наблюдателям, когда объект расширился со скоростью намного превышающей скорость света, так как оболочка увеличила свой видимый размер с 4 до 7 световых лет, в течение нескольких месяцев^[2]. На самом деле ничего никуда не движется — свет лишь проявляет невидимые доселе пылевые оболочки, которые звезда сформировала загодя. Расширение светового эха продолжалось вплоть до 2010 года^[3].

Световое эхо было использовано для определения расстояния до переменной цефеиды RS Кормы с точностью до 1 % от его истинного значения. По мнению авторов статьи, в которой были изложены результаты^[4], это расстояние является наиболее точным измеренным расстоянием до цефеиды. Световое эхо наблюдалось у современной сверхновой SN 1987A^[5]:29 и у другой сверхновой SN 1993J^[6], одного из ближайших взрывов сверхновых звезд к современной эпохе. Первый зарегистрированный случай светового эха был в 1936 году^[3], но он не изучен в деталях.

Рассчитав эллипсоид, в котором Земля и остаток сверхновой, находятся в фокусах, и, найдя места, где он пересекается с эллипсоидом облака пыли и газа, иногда можно увидеть слабые отражения исторических сверхновых. Используя световое эхо, астрономы могут анализировать спектр сверхновых, свет которой достиг Земли еще задолго до изобретения телескопа, много столетий или тысячелетий назад. Одним из примеров является взрыв сверхновой SN 1572, наблюдавшийся на Земле в 1572 году. В 2008 году, слабый свет эха был замечен на пыли в северной части Млечного Пути^[7][8]. Световое эхо может быть определено путем сравнения фотографий газа и пылевых облаков, снятых с интервалом в несколько месяцев или лет. Рябь от светового эха в виде пятен изменения яркости пройдёт через облака пыли. Если источник света не известен, несколько таких наблюдений помогут восстановить эллипсоид, позволив астрономам определить происхождение световой вспышки.

Световое эхо было использовано для изучения сверхновых, которые привели к образованию остатка сверхновой Кассиопея A^[7]. Свет Кассиопеи A достиг Земли около 1660 года, но остался незамеченным, возможно, потому что облака пыли находились на линии прямой видимости и поглотили свет. Исследования отражённого света с разных направлений позволяет астрономам определить, была ли сверхновая асимметрична в некоторых направлениях, или нет. Прародитель Кассиопеи A подозревался в асимметрии^[9], и изучение света остатков Кассиопеи A позволило в 2010 году произвести первое обнаружение асимметрии взрыва сверхновой^[10].

Примечания

1. ↑ Bond, Howard E.; Henden, Arne; Levay, Zoltan G.; Panagia, Nino; Sparks, William B.; Starrfield, Sumner; Wagner, R. Mark; Corradi, R. L. M.; У. Мунари (March 27, 2003). «An energetic stellar outburst accompanied by circumstellar light echoes». Nature 422 (6930): 405–408. DOI:10.1038/nature01508. PMID 12660776. (англ.)
2. ↑ ^{1 2} Britt, Robert Roy; Bond, Howard Hubble Chronicles Mysterious Ouburst with 'Eye-Popping' Pictures. Space.com (27 марта 2003).(недоступная ссылка — история) (англ.)
3. ↑ ^{1 2} Hubble watches light echo from mysterious erupting star. European Space Agency (March 26, 2007). Архивировано из первоисточника 6 мая 2012. (англ.)
4. ↑ Kervella, Pierre Light echoes whisper the distance to a star. Архивировано из первоисточника 6 мая 2012. (англ.)
5. ↑ Чугай Н.Н. Сверхновая в Большом Магеллановом Облаке // Земля и Вселенная. — М.: Наука, 1989. — № 2. — С. 22-30.
6. ↑ Sugerman, Ben and Crotts, Arlin (November 8, 2002). «Multiple Light Echoes from Supernova 1993J» (Columbia University). (англ.)
7. ↑ ^{1 2} Semeniuk, Ivan Supernova 'echoes' are a window to the galaxy's past, New Scientist. 24 January 2008. Архивировано из первоисточника 6 мая 2012. (англ.)
8. ↑ Tycho Brahe's 1572 supernova as a standard type Ia explosion revealed from its light echo spectrum. arXiv.org (October 28, 2008). (англ.)
9. ↑ Wheeler, J. Craig; Maund, Justyn R.; Couch, Sean M. «The Shape of Cas A», 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» (arxiv.org). (англ.)

Ссылки

• А.И.Дьяченко Когда тайное становится явным - феномен светового эха (3 мая 2004). Архивировано из первоисточника 6 мая 2012.
• Join the Hunt for Supernova Light Echoes — Анимация отражения эллипсоида  (англ.)
• SuperMACHO project (англ.)
• Кассиопея A: инфракрасное световое эхо АКД на astronet
• Световое эхо от V838 Единорога АКД на astronet
• V838 Mon: новые данные о световом эхо АКД на astronet
• Световое эхо от V838: фильм АКД на astronet
• Расширяющееся световое эхо сверхновой 1987A АКД на astronet
• Н.Т. Ашимбаева Световое эхо от высокоэнергичной вспышки черной дыры. (22 апреля 2008). Архивировано из первоисточника 6 мая 2012.
• Н.Т. Ашимбаева "Ау" от сверхновой Тихо Браге. (12 декабря 2008). Архивировано из первоисточника 6 мая 2012.
• Эхо от RS Кормы АКД на astronet
• Расширяющиеся рентгеновские кольца от гамма-всплеска АКД на astronet
• Звезда, пережившая взрыв сверхновой АКД на astronet
• Уцелевшая от взрыва АКД на astronet
• Ben E. K. Sugerman Observability of Scattered-Light Echoes Around Variable Stars and Cataclysmic Events (Возможность наблюдения светового эхо вокруг переменных звезд и космических взрывов). arXiv.org (11 Jul 2003). Архивировано из первоисточника 6 мая 2012. (англ.)