Quando eu era criança, às vezes jogava basquete em uma quadra de escolaridade ao lado de uma parede de tijolos. Passando a bola, eu notaria que seu som repetiu uma fração de segundo depois da direção da parede. Parecia um pouco diferente, mas era claramente o mesmo ruído que a bola fez quando atingiu o blacktop, apenas atrasada por um link para os olhos.
Eu tinha descoberto ecos. Garoto nerd que eu era, eu pensei que o som da bola estava viajando para a parede, saltando e depois voltando para mim. Mais tarde, eu aprendi que, se você soubesse a velocidade desse som (aproximadamente 1.200 quilômetros por hora) e o comprimento do atraso, você pode calcular a distância da parede.
Obviamente, a natureza descobriu isso um pouco mais cedo do que eu; Muitas espécies de animais usam esse fato para mapear o ambiente usando o ecolocalização.
Sobre apoiar o jornalismo científico
Se você está gostando deste artigo, considere apoiar nosso jornalismo premiado por assinando. Ao comprar uma assinatura, você está ajudando a garantir o futuro das histórias impactantes sobre as descobertas e idéias que moldam nosso mundo hoje.
Os astrônomos também podem fazer isso, mas não usamos ecos de som. Nós usamos luz ecos.
Como o som, a luz se move a uma velocidade finita. É muito rápido, mas nas enormes escalas os astrônomos estudam, é realmente bastante lento. A luz ecoa que vemos no céu pode levar anos ou até séculos para alcançar.
O que é Um eco leve? Imagine, em vez de pular uma bola de basquete, há uma estrela no espaço que ilumina repentina e rapidamente, como quando uma estrela enorme explode no final de sua vida para criar uma supernova. O flash da luz se expande em uma esfera, correndo para longe do local da explosão a cerca de 300.000 quilômetros por segundo. Isso é um bilhão de quilômetros por hora!
A qualquer momento, o flash da luz definirá uma concha esférica a alguma distância ao redor da explosão, como a parede fina de uma bolha. Depois de uma hora, por exemplo, a concha leve está a um bilhão de km do site. Qualquer pessoa a essa distância na concha verá o início do evento ao mesmo tempo. Se você está mais longe do que isso naquele momento, não verá a explosão porque a luz ainda não alcançou você.
O “Echo” entra quando ajustamos esse cenário idealizado para explicar as complexidades do mundo real, como a probabilidade de material em torno da fonte de luz. Vamos imaginar, por exemplo, que existe uma fina concha de gás em torno de uma supernova, digamos, um ano-luz em Radius e que estamos testemunhando a explosão de muito mais longe, como milhares de anos-luz (a segurança primeiro; não gostaria de estar muito perto de uma estrela explodida). A Supernova detona, desencadeando uma onda de luz em expansão. Um ano após a explosão, essa luz atinge todo o gás na concha envolvente simultaneamente. Mas nossa visão de longe significa Não vemos toda a concha de gás iluminada de uma só vez.
Em vez disso, a parte da concha que vemos primeiro é iluminada é o ponto mais próximo de nós, diretamente em uma linha com a supernova. Isso porque, depois que a concha gasosa se iluminou, a luz daquele local tinha a menor distância para viajar para nos alcançar pelo espaço, para que chegue primeiro.
Em seguida, vemos um aparente anel de luz parecendo expandir a partir desse local inicial, pois a luz da supernova atravessa partes da concha gasosa que estão um pouco mais distantes de nós. Em seguida, testemunhamos uma visão surpreendente: o anel em expansão fica cada vez maior até atingir o tamanho máximo da concha, seu diâmetro e depois começa a encolher. À medida que se move pelo outro lado da concha esférica de nossa linha de visão, a luz eco ilumina progressivamente menor toca até que seja um ponto, depois poof! Se foi.
Mesmo esse cenário mais complicado é bastante irrealista. Mais provavelmente, uma supernova ocorre dentro de uma galáxia carregada com numerosas nuvens dispersas de gás e poeira. À medida que a onda de luz se expande, ela ilumina essas nuvens, criando ecos de luz mais ornamentados que podem ter muitos anos-luz de tamanho.
A geometria de como um Echo Light Works foi quantificado pela primeira vez pelo astrônomo francês Paul Couderc em 1939 – algo que me referi ao meu próprio Ph.D. Trabalho analisando como a Supernova 1987a iluminou o gás circundante. O que o Couderc descobriu é que um observador de um lado vê o eco se expandindo como uma concha paraboloidal fina- uma geometria em forma de dedal ou copo, com o observador olhando para a abertura e a fonte de luz centrada nela perto do ápice. A qualquer momento, qualquer coisa que deitada nessa concha será vista como iluminada por um observador distante.
Lembre -se, porém, que estamos olhando para baixo o eixo dessa concha, que possui uma seção transversal circular. Isso significa que o material que vemos iluminado formará um círculo no céu não importa qual seja a distribuição tridimensional real! Qualquer nuvens de poeira nessa concha iluminará exatamente ao mesmo tempo, mesmo que sejam amplamente separadas no espaço. O que vemos da Terra é um círculo no céu que se expande com o tempo – ou mesmo vários círculos se o gás for iluminado e leva algum tempo para desaparecer (em geral, uma vez que uma nuvem de gás é atingida por, digamos, luz ultravioleta, ele recupera essa luz em comprimentos de onda mais baixos ao longo de semanas ou meses).
E esse fenômeno exato foi visto! O SUPERNOVA SN2016ADJ explodiu no Galaxy Centaurus A nas proximidades, criando um eco de luz circular em expansão que foi capturado por Hubble (e se transformou em uma animação incrível da cientista da comunidade Judy Schmidt).
https://www.youtube.com/watch?v=nwuvxtiu0is
Além de simplesmente ser um efeito legal, esses ecos de luz podem nos dizer sobre o ambiente em torno de uma supernova; Estrelas maciças explodem jovens, antes que possam sair da nuvem de gás e poeira onde nasceram. A luz eco ilumina esse material, dando-nos informações sobre suas condições e até a estrutura tridimensional quando a estrela estava se formando.
Isso foi demonstrado de uma maneira ridiculamente dramática quando a estrela V838 monocerotis passou por uma tremenda explosão vista em 2002. As imagens de Hubble tiradas ao longo do tempo mostraram a poeira em torno dela se expandindo e mudando rapidamente, mas essa foi uma ilusão: foi o eco leve Expandindo a poeira estacionária, iluminando material diferente à medida que varreu. A animação disso é tão bizarra e sobrenatural quanto qualquer coisa que eu já vi.
https://www.youtube.com/watch?v=fpwrogf5bpk
Lembre -se, esse material não está se expandindo fisicamente! Está apenas sendo iluminado pelo flash da luz da explosão. Os cientistas que analisam esses dados chegaram à conclusão bastante surpreendente de que o evento V838 Monocerotis foi causado por duas estrelas colidindo e mesclando, explodindo um pulso feroz de luz que iluminava o material circundante. A medição cuidadosa do eco da luz em expansão foi usada para determinar a distância do V838 de nós, cerca de 20.000 anos-luz.
Os ecos leves são fenômenos peculiares que, a princípio, parecem nada mais do que uma curiosidade – até que, ou seja, você começa a procurar a matemática e a física, e então eles se tornam uma ferramenta importante para investigar o espaço. Estou fascinado como a natureza nos entrega esses presentes que nos ajudam a explorar o universo ao nosso redor, libertando dados que podemos examinar para entender melhor o cosmos em que vivemos – e, ao mesmo tempo, alimentando nosso senso de admiração e reverência.
Meus agradecimentos ao astrônomo Kirsten Banks por me lembrar sobre SN2016Adj.
É hora de defender a ciência
Antes de fechar a página, precisamos pedir seu apoio. Scientific American Serviu como defensor da ciência e da indústria há 180 anos, e achamos que agora é o momento mais crítico nessa história de dois séculos.
Não estamos pedindo caridade. Se você Torne -se um assinante digital, impresso ou ilimitado Para a Scientific American, você pode ajudar a garantir que nossa cobertura esteja centrada em pesquisas e descobertas significativas; que temos os recursos para relatar as decisões que ameaçam laboratórios nos EUA; e que apoiamos os cientistas futuros e trabalhadores em um momento em que o valor da ciência geralmente não é reconhecido. Clique aqui para se inscrever.
