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 al eco del sonido , pero debido a la velocidad mucho más rápida de la luz , en la mayoría de los casos sólo se manifiesta a distancias astronómicas.
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 larga de la que habría tardado en un camino directo. Debido a su geometría , los ecos de luz pueden producir la ilusión de un movimiento superlumínico . [1]
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 destello 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 ha viajado 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 . [3]
En la primera ilustración anterior, la luz que sigue el camino A se emite desde la fuente original y llega primero al observador. La luz que sigue el camino 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 el camino C se refleja en una parte de la nube de gas perpendicular al camino directo. Aunque la luz que sigue los caminos B y C parece provenir del mismo punto del cielo para el observador, en realidad B está significativamente más cerca. Como resultado, al observador le parecerá que el eco del evento en una nube uniformemente distribuida (esférica), por ejemplo, se expande a un ritmo cercano o más rápido 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 los rayos de luz se reflejan, los posibles caminos entre la fuente y la Tierra que llegan al mismo tiempo corresponden a reflexiones sobre 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.
La estrella variable V838 Monocerotis experimentó una explosión significativa 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 muy superior a la velocidad de la luz, creciendo desde un tamaño visual aparente de 4 a 7 años luz en cuestión de meses. [3] [4]
Utilizando 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 localizar nubes de polvo y gas en sus límites. La identificación se puede realizar mediante comparaciones laboriosas de fotografías tomadas con meses o años de diferencia y detectando cambios en la luz que se propaga a través del 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 restos, que pueden tener siglos o milenios de antigüedad. El primer caso registrado de un eco de este tipo fue en 1936, pero no se estudió en detalle. [4]
Un ejemplo es la supernova SN 1987A , la supernova más cercana de los tiempos modernos. Sus ecos de luz han ayudado a mapear la morfología de las inmediaciones [5] , así como a caracterizar las nubes de polvo que se encuentran más lejos pero cerca de la línea de visión desde la Tierra. [6]
Otro ejemplo es la supernova SN 1572 observada en la Tierra en 1572, donde en 2008 se observaron débiles ecos de luz en el polvo de la parte norte de la Vía Láctea . [7] [8]
Los ecos de luz también se han utilizado para estudiar la supernova que produjo el remanente de supernova Cassiopeia A. [7] La luz de Casiopea A habría sido visible en la Tierra alrededor de 1660, pero pasó desapercibida, probablemente porque el polvo oscureció la visión directa. Las reflexiones 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 Casiopea A es asimétrico, [9] y observar los ecos de luz de Casiopea A permitió la primera detección de asimetría de supernova en 2010. [10]
Otros ejemplos más son las supernovas SN 1993J [11] y SN 2014J . [12]
Para estudiar este impostor de supernova se utilizaron ecos de luz de la Gran Erupción de Eta Carinae de 1838-1858 . Un estudio de 2012, que utilizó espectros de eco de luz de la Gran Erupción, encontró que la erupción fue más fría en comparación con otras supernovas impostoras. [13]
Se utilizaron ecos de luz para determinar la distancia a la variable cefeida RS Puppis con una precisión del 1%. [14] Pierre Kervella en el Observatorio Europeo Austral describió esta medición como hasta ahora "la distancia más precisa a una cefeida". [15]
En 1939, el astrónomo francés Paul Couderc publicó un estudio titulado "Les Auréoles Lumineuses des Novae" (Halos luminosos de las novas). [16] Dentro de este estudio, Couderc publicó la derivación de las ubicaciones de los ecos y los retrasos de tiempo en la aproximación paraboloide, en lugar de elipsoide, de la distancia infinita. [16] Sin embargo, en su estudio de 1961, YK Gulak cuestionó las teorías de Couderc: "Se ha demostrado 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." [17] Y 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 los paralajes obtenidos por otros métodos, pudo haber sido accidental. " [17]
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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 brillante núcleo de ShaSS 073 ha excitado con su radiación una región de gas dentro del disco de ShaSS 622; Aunque el núcleo se ha desvanecido en los últimos 30.000 años, la región todavía brilla intensamente mientras reemite luz. [18]
Desde 2009 se investigan objetos conocidos como ecos de luz de cuásar o ecos de ionización de cuásar. [19] [20] [21] [22] [23] [24] Un ejemplo bien estudiado de un eco de luz de cuásar es el objeto conocido como Hanny's Voorwerp (HsV). [25]
El HsV está compuesto íntegramente de gas a una temperatura tan caliente (unos 10.000 grados Celsius ) que los astrónomos sintieron que tenía que ser iluminado por algo potente. [26] Después de varios estudios de luz y 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 , afirmó: "Creemos que en el pasado reciente la galaxia IC 2497 albergó un quásar enormemente brillante. Debido a la gran escala de la galaxia y del Voorwerp, la luz de ese pasado todavía ilumina el cercano Voorwerp a pesar de que el quásar se apagó en algún momento de los últimos 100.000 años, y el agujero negro de la galaxia se ha quedado en silencio". [26] Chris Lintott , también cofundador de Galaxy Zoo, declaró: "Desde el punto de vista del Voorwerp, la galaxia parece tan brillante como lo habría sido antes de que el agujero negro se apagara; es este eco de luz el que ha sido congelado en el tiempo para que podamos observar." [26] El análisis de HsV a su vez ha llevado al estudio de objetos llamados galaxias Voorwerpjes y Green Bean .
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