Cuando era niño, a veces jugaba baloncesto en una cancha de patio al lado de una pared de ladrillos. Al rebotar la pelota, notaría que su sonido repitió una fracción de segundo más tarde desde la dirección de la pared. Sonaba un poco diferente, pero era claramente el mismo ruido que la pelota hizo cuando golpeó el Blacktop, solo retrasado por un parto ocular.
Había descubierto ecos. Nerdy Kid que era, razoné que el sonido de la pelota viajaba a la pared, rebotando y luego volviendo a mí. Más tarde, aprendería que si supieras la velocidad de ese sonido (aproximadamente 1,200 kilómetros por hora) y la longitud del retraso, podría calcular la distancia a la pared.
Por supuesto, la naturaleza lo descubrió algo antes que yo; Muchas especies de animales usan este hecho para trazar su entorno utilizando la ecolocalización.
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Los astrónomos también pueden hacer esto, pero no usamos ecos de sonido. Usamos luz ecos.
Como el sonido, la luz se mueve a una velocidad finita. Es muy rápido, pero en las enormes escalas estudian los astrónomos, en realidad es bastante lento. Los ecos de la luz que vemos en el cielo pueden llevar años o incluso siglos para llegar a nosotros.
Qué es ¿Un eco ligero? Imagínese en lugar de rebotar un baloncesto, hay una estrella en el espacio que de repente y rápidamente se ilumina, como Cuando una estrella masiva explota al final de su vida para crear una supernova. El destello de luz se expande en una esfera, que se aleja del sitio de la explosión a unos 300,000 kilómetros por segundo. ¡Eso es mil millones de kilómetros por hora!
En cualquier momento dado, el destello de luz definirá una cubierta esférica a cierta distancia alrededor de la explosión, como la delgada pared de una burbuja. Después de una hora, por ejemplo, la carcasa de la luz está a mil millones de km del sitio. Cualquiera a esa distancia en el caparazón verá el comienzo del evento al mismo tiempo. Si estás más lejos que eso en ese momento, no verás la explosión porque la luz aún no te ha alcanzado.
El “eco” entra cuando ajustamos este escenario idealizado para dar cuenta de las complejidades del mundo real, como la probabilidad de material que rodea la fuente de luz. Imaginemos, por ejemplo, que hay una delgada caparazón de gas alrededor de una supernova, por ejemplo, un año luz en radio y que estamos presenciando el estallido desde mucho más lejos, como miles de años luz (la seguridad primero; no querría estar demasiado cerca de una estrella explosiva). La supernova detona, desatando una ola de luz en expansión. Un año después de la explosión, esa luz golpea todo el gas en la capa envolvente simultáneamente. Pero nuestra opinión desde lejos significa No vemos que toda la carcasa de gas se ilumine a la vez.
En cambio, la parte del caparazón que vemos primero es su punto más cercano a nosotros, directamente en una línea con la supernova. Esto se debe a que, después de que la cáscara gaseosa se encendió, la luz de ese lugar tenía la menor distancia para viajar para alcanzarnos a través del espacio, por lo que llega primero.
A continuación, vemos un aparente anillo de luz que parece expandirse desde ese lugar inicial a medida que la luz de la supernova atraviesa partes de la carcasa gaseosa que están un poco más lejos de nosotros. Luego presenciamos una vista sorprendente: el anillo en expansión se hace cada vez más grande hasta que alcanza el tamaño máximo de la carcasa, su diámetro, y luego comienza a encoger. A medida que avanza por el otro lado de la cubierta esférica desde nuestra línea de visión, el eco de la luz se ilumina progresivamente menor Anillos hasta que sea un punto, ¡entonces poof! Se ha ido.
Incluso este escenario más complicado es bastante poco realista. Lo más probable es que una supernova ocurra dentro de una galaxia cargada con numerosas nubes de gas y polvo dispersas. A medida que se expande la ola de luz, iluminará estas nubes, creando ecos de luz más adornados que pueden tener muchos años de luz.
La geometría de cómo funciona un eco de luz fue cuantificado por primera vez por el astrónomo francés Paul Couder en 1939—Tugo ago a quien mencioné para mi propio Ph.D. trabajar Analizando cómo Supernova 1987a iluminó su gas circundante. Lo que Couderc encontró es que un observador a un lado ve el eco expandiéndose como una cáscara paraboloidal delgada—Un geometría en forma de dimble o copa, con el observador mirando hacia la abertura y la fuente de luz centrada en ella cerca del ápice. En cualquier momento dado, cualquier cosa que se encuentre en ese caparazón será vista como iluminada por un observador lejano.
Sin embargo, tenga en cuenta que estamos mirando por el eje de esa carcasa, que tiene una sección transversal circular. Esto significa que el material que vemos iluminado formará un círculo en el cielo No importa cuál sea la distribución tridimensional real! Cualquier nubes de polvo en esa carcasa se iluminará exactamente al mismo tiempo, incluso si están ampliamente separadas en el espacio. Lo que vemos en la Tierra es un círculo en el cielo que se expande con el tiempo, o incluso múltiples círculos si el gas se ilumina y tarda un tiempo en desvanecerse (en general, una vez que se alcanza una nube de gas, por ejemplo, la luz ultravioleta, vuelve a emitir esa luz a longitudes de onda más bajas durante semanas o meses).
¡Y se ha visto este fenómeno exacto! El Supernova SN2016AdJ explotó en el cercano Galaxy Centaurus A, creando un eco de luz circular en expansión que fue capturado por Hubble (y se convirtió en una animación increíble por científico comunitario Judy Schmidt).
https://www.youtube.com/watch?v=nwuvxtiu0is
Además de simplemente ser un efecto genial, Estos ecos de luz pueden contarnos sobre el entorno alrededor de una supernova; Las estrellas masivas explotan jóvenes, antes de que puedan salir de la nube de gas y polvo donde nacieron. El eco de la luz ilumina ese material, dándonos una idea de sus condiciones y Incluso estructura tridimensional Cuando se formaba la estrella.
Esto se demostró de una manera ridículamente dramática cuando el Star V838 Monocerotis se sometió a un estallido tremendo visto en 2002. Las imágenes de Hubble tomadas con el tiempo mostraron el polvo a su alrededor expandiéndose y cambiando rápidamentepero esto fue una ilusión: fue el Echo de luz expandiéndose a través del polvo estacionario, iluminando el material diferente a medida que avanzaba. La animación de esto es tan extraña y sobrenatural como cualquier cosa que haya visto.
https://www.youtube.com/watch?v=fpwrogf5bpk
¡Recuerde, ese material no se está expandiendo físicamente! Solo está iluminando el destello de luz del arrebato. Los científicos que analizaron estos datos llegaron a la conclusión bastante sorprendente de que El evento V838 Monocerotis fue causado por dos estrellas que colisionaban y se fusionaron, expulsando un feroz pulso de luz que iluminaba el material circundante. Se usó una medición cuidadosa del eco de luz en expansión para determinar la distancia de V838 de los Estados Unidos, alrededor de 20,000 años luz.
Los ecos de luz son fenómenos peculiares que al principio no parecen más que una curiosidad, hasta que, es decir, comienzas a investigar las matemáticas y la física, y luego se convierten en una herramienta importante para investigar el espacio. Estoy fascinado cómo la naturaleza nos entrega estos regalos que nos ayudan a explorar el universo que nos rodea, liberando datos que podemos examinar para comprender mejor el cosmos en el que vivimos y, al mismo tiempo, alimentar nuestro sentido de asombro y asombro.
Mi agradecimiento al astrónomo Kirsten Banks por recordarme sobre SN2016Adj.
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