Eco de luz

Un eco de luz es un fenómeno físico causado por la luz reflejada en superficies distantes de la fuente y que llega al observador con un retraso relativo a esta distancia. El fenómeno es análogo a un eco de sonido , pero debido a la velocidad mucho más rápida de la luz , en su mayoría solo se manifiesta a distancias astronómicas.

La luz reflejada que sigue la ruta B llega poco después del destello directo que sigue la ruta A, pero antes de que la luz siga la ruta C. B y C tienen la misma distancia aparente de la estrella que se ven desde la Tierra .

Por ejemplo, un eco de luz se produce cuando un destello repentino de una nova se refleja en una nube de polvo cósmico y llega al espectador después de una duración más prolongada de lo que de otra manera hubiera tomado con una trayectoria directa. Debido a sus geometrías , los ecos de luz pueden producir la ilusión de un movimiento superlumínico . [1]

La distancia recorrida de un foco a otro, a través de algún punto de la elipse, es la misma independientemente del punto seleccionado.

Los ecos de luz se producen cuando el destello inicial de un objeto que se ilumina rápidamente, como una nova, se refleja en el polvo interestelar intermedio que puede o no estar en las inmediaciones de la fuente de luz. La luz del flash inicial llega primero al espectador, mientras que la luz reflejada por el polvo u otros objetos entre la fuente y el espectador comienza a llegar poco después. Debido a que esta luz solo se ha desplazado hacia adelante y hacia afuera de la estrella, produce la ilusión de un eco que se expande más rápido que la velocidad de la luz . [2]

En la primera ilustración de arriba, la luz que sigue la trayectoria A se emite desde la fuente original y llega primero al observador. La luz que sigue la trayectoria B se refleja en una parte de la nube de gas en un punto entre la fuente y el observador, y la luz que sigue la trayectoria C se refleja en una parte de la nube de gas perpendicular a la trayectoria directa. Aunque la luz que sigue los caminos B y C parece provenir del mismo punto en el cielo hasta el observador, B está en realidad significativamente más cerca. Como resultado, el eco del evento en una nube uniformemente distribuida (esférica), por ejemplo, le parecerá al observador expandirse a una velocidad cercana o más rápida que la velocidad de la luz, porque el observador puede asumir que la luz de B es en realidad la luz de C.

Todos los rayos de luz reflejados que se originan en el destello y llegan juntos a la Tierra habrán recorrido la misma distancia. Cuando se reflejan los rayos de luz, los posibles caminos entre la fuente y la Tierra que llegan al mismo tiempo corresponden a reflejos en un elipsoide , con el origen del destello y la Tierra como sus dos focos (ver animación a la derecha) . Este elipsoide se expande naturalmente con el tiempo.

V838 Monocerotis

Imágenes que muestran la expansión del eco de luz de V838 Monocerotis . Crédito: NASA / ESA .

La estrella variable V838 Monocerotis experimentó un estallido significativo en 2002 según lo observado por el Telescopio Espacial Hubble . El estallido resultó sorprendente para los observadores cuando el objeto pareció expandirse a un ritmo que excedía con creces la velocidad de la luz a medida que pasaba de un tamaño visual aparente de 4 a 7 años luz en cuestión de meses. [2] [3]

Supernovas

Usando ecos de luz, a veces es posible ver los débiles reflejos de supernovas históricas . Los astrónomos calculan el elipsoide que tiene la Tierra y un remanente de supernova en sus puntos focales para ubicar nubes de polvo y gas en su límite. La identificación se puede realizar mediante laboriosas comparaciones de fotografías tomadas con meses o años de diferencia y detectando cambios en la luz que se propaga por el medio interestelar. Al analizar los espectros de la luz reflejada, los astrónomos pueden discernir firmas químicas de supernovas cuya luz llegó a la Tierra mucho antes de la invención del telescopio y comparar la explosión con sus remanentes, que pueden tener siglos o milenios. El primer caso registrado de tal eco fue en 1936, pero no se estudió en detalle. [3]

Un ejemplo es la supernova SN 1987A , la supernova más cercana en los tiempos modernos. Sus ecos de luz han ayudado a mapear la morfología de las inmediaciones [4] , así como a caracterizar las nubes de polvo que se encuentran más lejos pero cerca de la línea de visión de la Tierra. [5]

Otro ejemplo es la supernova SN 1572 observada en la Tierra en 1572, donde en 2008, se vieron débiles ecos de luz en el polvo en la parte norte de la Vía Láctea . [6] [7]

Ecos de luz también se han utilizado para estudiar la supernova que produjo el remanente de la supernova Cassiopeia A . [6] La luz de Cassiopeia A habría sido visible en la Tierra alrededor de 1660, pero pasó desapercibida, probablemente porque el polvo oscurecía la vista directa. Los reflejos desde diferentes direcciones permiten a los astrónomos determinar si una supernova era asimétrica y brillaba más en algunas direcciones que en otras. Se sospecha que el progenitor de Cassiopeia A es asimétrico, [8] y observar los ecos de luz de Cassiopeia A permitió la primera detección de asimetría de supernova en 2010. [9]

Sin embargo, otros ejemplos son las supernovas SN 1993J [10] y SN 2014J . [11]

Cefeidas

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Los ecos de luz de RS Puppis se propagan a través de su nebulosa de reflexión.

Se utilizaron ecos de luz para determinar la distancia a la variable cefeida RS Puppis con una precisión del 1%. Pierre Kavella, del Observatorio Europeo Austral, describió esta medida como hasta ahora "la distancia más precisa a una cefeida". [12]

Nova Persei 1901

En 1939, el astrónomo francés Paul Couderc publicó un estudio titulado "Les Auréoles Lumineuses des Novae" (Halos luminosos de las Novae). [13] Dentro de este estudio, Couderc publicó la derivación de ubicaciones de eco y retrasos de tiempo en la aproximación paraboloide, en lugar de elipsoide, de distancia infinita. [13] Sin embargo, en su estudio de 1961, YK Gulak cuestionó las teorías de Couderc: "Se muestra que hay un error esencial en la prueba según la cual Couderc asumió la posibilidad de expansión del anillo brillante (nebulosa) alrededor de Nova Persei 1901 con una velocidad superior a la de la luz ". [14] Continúa: “La comparación de las fórmulas obtenidas por el autor, con las conclusiones y fórmulas de Couderc, muestra que la coincidencia del paralaje calculado según el esquema de Coudrec, con paralaje derivados por otros métodos, pudo haber sido accidental. " [14]

Sistema ShaSS 622-073

Un eco de luz Shass 073 de la galaxia detectada por ESO 's VLT Survey Telescope.

El sistema ShaSS 622-073 está compuesto por la galaxia más grande ShaSS 073 (vista en amarillo en la imagen de la derecha) y la galaxia más pequeña ShaSS 622 (vista en azul) que se encuentran al comienzo de una fusión. El núcleo brillante de ShaSS 073 ha excitado con su radiación una región de gas dentro del disco de ShaSS 622; a pesar de que el núcleo se ha desvanecido durante los últimos 30.000 años, la región aún brilla intensamente a medida que vuelve a emitir la luz. [15]

Una imagen del telescopio espacial Hubble de NGC 5972 , un eco de ionización de cuásar.

En la última década, se han investigado objetos conocidos como ecos de luz de cuásar o ecos de ionización de cuásar. [16] [17] [18] [19] [20] [21] Un ejemplo bien estudiado de un eco de luz de cuásar es el objeto conocido como Hanny's Voorwerp (HsV). [22]

El HsV está hecho completamente de gas tan caliente (unos 10.000 grados Celsius ) que los astrónomos sintieron que tenía que ser iluminado por algo poderoso. [23] Después de varios estudios de la luz y los ecos de ionización, se cree que probablemente sean causados ​​por el "eco" de un AGN previamente activo que se ha apagado. Kevin Schawinski , cofundador del sitio web Galaxy Zoo , declaró: "Creemos que en el pasado reciente la galaxia IC 2497 albergaba un cuásar enormemente brillante. Debido a la gran escala de la galaxia y el Voorwerp, la luz de ese pasado todavía ilumina el cercano Voorwerp a pesar de que el quásar se cerró en algún momento de los últimos 100.000 años y el agujero negro de la galaxia se ha quedado en silencio ". [23] Chris Lintott , también cofundador de Galaxy Zoo, declaró: "Desde el punto de vista de Voorwerp, la galaxia se ve tan brillante como lo habría hecho antes de que el agujero negro se apagara; es este eco de luz el que se ha congelado a tiempo para que podamos observar ". [23] El análisis de HsV a su vez ha llevado al estudio de objetos llamados Voorwerpjes y galaxias de judías verdes .

  • Radiación de Cherenkov

  1. ^ Bond, ÉL; et al. (2003). "Un enérgico estallido estelar acompañado de ecos de luz circunestelar". Naturaleza . 422 (6930): 405–408. arXiv : astro-ph / 0303513 . Código Bibliográfico : 2003Natur.422..405B . doi : 10.1038 / nature01508 . PMID 12660776 .  
  2. ^ a b Britt, RR; Bond, H. (26 de marzo de 2003). "Hubble Chronicles misterioso arrebato con imágenes 'alucinantes'" . Space.com . Archivado desde el original el 25 de noviembre de 2006 . Consultado el 17 de abril de 2007 .
  3. ^ a b "Hubble observa el eco de luz de la misteriosa estrella en erupción" . Agencia Espacial Europea . 26 de marzo de 2007 . Consultado el 15 de mayo de 2017 .
  4. ^ Sugerman, BEK; Crotts, APS; Kunkel, WE; Heathcote, SR; Lawrence, SS (2005). "Una nueva visión del entorno circunestelar de SN 1987A" . El diario astrofísico . 627 (2): 888–903. arXiv : astro-ph / 0502268 . Código Bibliográfico : 2005ApJ ... 627..888S . doi : 10.1086 / 430396 .
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  6. ^ a b Semeniuk, I. (23 de enero de 2008). "Los 'ecos' de supernovas son una ventana al pasado de la galaxia" . Nuevo científico . Consultado el 15 de mayo de 2017 .
  7. ^ Krause, O .; Tanaka, M .; Usuda, T .; Hattori, T .; Goto, M .; Birkmann, S .; Nomoto, K. (2008). "La supernova 1572 de Tycho Brahe como una explosión estándar de tipo Ia revelada por su espectro de eco de luz". Naturaleza . 456 (7222): 617–619. arXiv : 0810.5106 . Código Bibliográfico : 2008Natur.456..617K . doi : 10.1038 / nature07608 . PMID  19052622 .
  8. ^ Wheeler, JC; Maund, JR; Sofá, SM (2007). "La forma de Cas A" . El diario astrofísico . 677 (2): 1091–1099. arXiv : 0711.3925 . Código Bibliográfico : 2008ApJ ... 677.1091W . doi : 10.1086 / 528366 .
  9. ^ Descanso, A .; et al. (2011). "Confirmación directa de la asimetría de la explosión de Cas A SN con ecos de luz" . El diario astrofísico . 732 : 3. arXiv : 1003,5660 . Código bibliográfico : 2011ApJ ... 732 .... 3R . doi : 10.1088 / 0004-637X / 732/1/3 .
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  11. ^ Crotts, A. (2015). "Ecos de luz de la supernova 2014J en M82" . Las cartas de la revista astrofísica . 804 (2): L37. arXiv : 1409.8671 . Código bibliográfico : 2015ApJ ... 804L..37C . doi : 10.1088 / 2041-8205 / 804/2 / L37 .
  12. ^ "Los ecos de luz susurran la distancia a una estrella" (Comunicado de prensa). Observatorio Europeo Austral . 11 de febrero de 2008 . Consultado el 18 de octubre de 2015 .
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  15. ^ "Un eco de luz" . www.eso.org . Consultado el 2 de abril de 2018 .
  16. ^ Lintott, CJ; et al. (2009). "Galaxy Zoo: 'Hanny's Voorwerp', ¿un eco de luz de cuásar?" . Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society . 399 (1): 129-140. arXiv : 0906.5304 . Código Bibliográfico : 2009MNRAS.399..129L . doi : 10.1111 / j.1365-2966.2009.15299.x .
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  22. ^ Rincon, P. (5 de agosto de 2008). "El maestro encuentra un nuevo objeto cósmico" . BBC News . Consultado el 22 de septiembre de 2016 .
  23. ^ a b c " ' Fantasma cósmico' descubierto por astrónomo voluntario" . Phys.org . 5 de agosto de 2008 . Consultado el 22 de septiembre de 2016 .

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