Определение расстояний до сверхновых.

[Kostyrko]

Взрыв сверхновой наблюдается как импульс электромагнитного излучения. В видимом диапазоне длительность этого импульса составляет несколько месяцев, а в максимуме блеска сверхновая пребывает несколько суток. Скорость распространения электромагнитного импульса в межзвездной среде зависит от частоты (длины волны) излучения и характеризуется мерой дисперсии (DM) – величиной, определяющей запаздывание импульсов излучения на низких частотах по сравнению с высокими частотами. Так, радиовспышки в сейфертовских галактиках могут отставать от оптических вспышек на годы.
Исходя из этого, расстояние до сверхновой возможно определить следующим образом. Сначала для сверхновой получают кривые «время – интенсивность излучения» в оптическом и радиодиапазоне. Далее определяют величину запаздывания максимума кривой радиодиапазона относительно максимума кривой оптического диапазона. Наконец, по найденному значению величины запаздывания находят расстояние до сверхновой. Например, пусть в однородной и изотропной Вселенной среднее число электронов в кубическом сантиметре равно 0,01, а расстояние до сверхновой – 1000 Мпк. Тогда радиоимпульс на частоте 2,4 м отстанет от оптического импульса примерно на месяц. Значение средней плотности электронов может быть найдено с помощью не очень отдаленных сверхновых, расстояния до которых определены другими методами.
Следует отметить, что расстояние до сверхновой по запаздыванию импульса может быть определено даже в случае, когда невозможно получить величину красного смещения. Кроме того, этот метод позволяет определять с одинаковой точностью расстояния до сверхновых любого типа, а также до источников проявления других импульсных явлений, например нерегулярных изменений блеска квазаров.

Если такой метод определения расстояний до сверхновых применяют, то какова корреляция результатов в сравнении с методом определения расстояний по красным смещениям?

С уважением, Костырко Леонид Николаевич.

[Дмитрий Вибе]

Исходя из этого, расстояние до сверхновой возможно определить следующим образом. Сначала для сверхновой получают кривые «время – интенсивность излучения» в оптическом и радиодиапазоне. Далее определяют величину запаздывания максимума кривой радиодиапазона относительно максимума кривой оптического диапазона. Наконец, по найденному значению величины запаздывания находят расстояние до сверхновой.

Я думаю, что дело это совершенно безнадежное. Во-первых, Вы пишете

пусть в однородной и изотропной Вселенной среднее число электронов в кубическом сантиметре равно 0,01

А если оно равно не 10^-2? И как Вы будете учитывать вклад не межгалактической среды, а межзвездной среды в родительской галактике сверхновой, в том числе, вещества в непосредственных окрестностях сверхновой? Кстати, 10^-2 -- это даже для нашей Галактики крутовато, откуда в межгалактической среде столько электронов возьмется?

Вот есть немножко из другой оперы:
http://arxiv.org/abs/astro-ph/9801205

[Дмитрий Вибе]

Кстати, радиоизлучение пока что зафиксировано только от сверхновых типа Ib,c+II. Все попытки ообнаружить радиоизлучение сверхновых Ia (индикаторов космологических расстояний) не увенчались успехом.

[Kostyrko]

Выше приведена ссылка на источник, в котором рассмотрена возможность использования в качестве «стандартных радио свеч» сверхновых разных типов, наблюдаемых в радиодиапазоне. В этом источнике приведены данные о 16 сверхновых, в том числе: расстояние; длина волны радиоимпульса (6 см); промежуток времени между максимумами интенсивности в оптическом и радиодиапазоне. Этих данных достаточно для определения числа электронов в кубическом сантиметре на луче наблюдатель – сверхновая. Рассчитав эту плотность, получим 10^-7 … 10^-5 (против 0,01 … 0,1, определенных в нашей Галактике с помощью пульсаров). В указанном источнике максимально удаленная сверхновая находится на расстоянии 100 Мпс. Наблюдения более удаленных сверхновых было ограничено чувствительностью радиотелескопа VLA. Теперь, если среднее число электронов в кубическом сантиметре равно 10^-6, а расстояние до сверхновой – 1000 Мпк, то радиоимпульс на длине волны 2,4 см отстанет от оптического импульса примерно на месяц.
Об учете влияющих на результат факторов достаточно внимания уделено в приведенном выше источнике.
В указанном источнике отсутствуют упоминания о сверхновых типа Ia, но отсутствуют также и указания на невозможность обнаружения радиоимпульса от таких сверхновых. А какие наблюдательные данные свидетельствуют об отсутствии радиоимпульса у сверхновой типа Ia?

[Дмитрий Вибе]

какие наблюдательные данные свидетельствуют об отсутствии радиоимпульса у сверхновой типа Ia?

Наблюдательные данные не могут свидетельствовать об отсутствии. Они могут лишь указывать верхнюю границу яркости. Как я уже писал, все попытки обнаружить радиоизлучение сверхновых Ia не увенчались успехом.

[Che]

Могу предложить по этой теме ссылку на статью
http://redshift0.narod.ru/Rus/Stationary/S_factor.htm
"Объяснение факторов расширения и растяжения
 для Сверхновых Ia типа"

В ней у меня получилась межгалактическая оптическая плотность 1+3*10^(-11) . Позже мне в письмах подтверждали эту цифру.

Как по ней вычислить число электронов, не знаю, но это не существенно.
Но эффект красного смещения не является эффектом прохождения света сквозь известное вещество (дискретную материальную среду), так как красное смещение спектра в достаточной мере однородно.

[bob]

Если такой метод определения расстояний до сверхновых применяют, то какова корреляция результатов в сравнении с методом определения расстояний по красным смещениям?

Интересно
http://hea.iki.rssi.ru/conf/hea2005/sbornik.pdf
http://2balla.ru/index.php?option=com_ewriting&Itemid=116&func=chapterinfo&chapter=39730&story=27089
Вообще, по сей день расстояние до СЗ определяют, скорее, по блеску и спектру, чем по запаздываниям. Но в ссылках есть и про запаздывание.

[Kostyrko]

Как следует из источника, приведенного выше в вопросе #1, принципиальные ограничения для определения расстояний по запаздыванию радиоимпульса отсутствуют.
Для повышения точности определения расстояний имеет смысл ограничиться лишь радионаблюдениями, отказавшись от оптических наблюдений. При этом измеряют запаздывание прихода одного радиоимпульса относительно другого радиоимпульса. Наблюдения в этом случае можно выполнять на одном радиотелескопе, но на двух разных частотах. Например, при средней концентрации электронов 10^(-6) на пути в 1000 Мпк импульс с длиной волны 3 см придет на месяц позже импульса с длиной волны 1,8 см.
Способ определения космологических расстояний по запаздыванию радиоимпульса имеет право на широкое использование. В случае отсутствия радиоимпульса у сверхновой типа Ia область применения способа несколько сужается, но эта область существенно расширяется за счет возможности определения расстояний до многих других космологических источников электромагнитных импульсов.

Но все-таки, какие попытки обнаружения радиоимпульса у сверхновых типа Ia предпринимались (каких именно сверхновых типа Ia, на каких частотах, при каких задержках радиоимпульса относительно оптического импульса), и как отсутствие радиоимпульса объясняют?

[Дмитрий Вибе]

Но все-таки, какие попытки обнаружения радиоимпульса у сверхновых типа Ia предпринимались (каких именно сверхновых типа Ia, на каких частотах, при каких задержках радиоимпульса относительно оптического импульса), и как отсутствие радиоимпульса объясняют?

Частично ответ есть здесь: http://arxiv.org/abs/astro-ph/0703411

[Kostyrko]

В работе http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0603808v1 приведены данные радионаблюдений, выполненных в течение двух десятилетий для 27 сверхновых типа Ia. Цель работы – развитие модели сверхновой типа Ia и ее предшественника. В этом плане проводились попытки исследования радиоизлучения сверхновых с помощью радиотелескопа VLA. Радиоизлучение обнаружено не было. Но задача исследования радиоимпульса, обусловленного взрывом сверхновой Ia, не ставилась, поэтому попыток обнаружения радиоимпульса не было и говорить об отсутствии такого радиоимпульса не приходится. В этой работе говорится также о планах Expanded VLA и других гораздо более чувствительных инструментах. Говорится о том, что в будущем необходимо сфокусироваться на радионаблюдениях сверхновых Ia сразу после их открытия и затем проводить наблюдения примерно каждые 10 дней на протяжении 1-2 месяцев после оптического максимума. Об исследовании кривой вспышки в радиодиапазоне сверхновой Ia речь опять же не идет ввиду отсутствия такой задачи.

Определение космологических расстояний посредством запаздывания радиоимпульсов не встречает принципиальных трудностей. Поэтому удивляет использование единственного метода определения таких расстояний – по красным смещениям. Более того, радиоисточники доступны современным инструментам на расстояниях больших, чем оптические источники, поэтому точность определения расстояний по запаздыванию радиоимпульса  должна быть выше.

[Тать]

Kostyrko

Поэтому удивляет использование единственного метода определения таких расстояний – по красным смещениям.

удивляет, действительно.
по красному смещению r=cz/H (Мпк). Для галактик с z>0,5 зависимость принимает более сложный вид и неодинакова для различных космологич. моделей Вселенной.
http://www.astronet.ru/db/msg/1188617

[Дмитрий Вибе]

Определение космологических расстояний посредством запаздывания радиоимпульсов не встречает принципиальных трудностей.

Нет, оно встречает принципиальные трудности, о которых я уже писал.

[Kostyrko]

На расстояниях, превышающих 300…500 Мпк, все источники импульсного излучения в силу однородности Вселенной являются стандартными по запаздыванию радиоимпульса на определенной частоте. В то же время зависимость «расстояние – запаздывание радиоимпульса» определяется моделью Вселенной. Например, в «ранней» Вселенной плотность электронов могла быть выше.

По высказанному сомнению о плотности электронов оценка запаздывания скорректирована в ответе #3. В работе http://arxiv.org/abs/astro-ph/9801205 учтено влияние окружающей материи и звездного окружения сверхновой.
Утверждение об отсутствии радиоимпульса у сверхновых типа Ia, как видно из анализа приведенных в теме источников, не является надежным. Кроме того, во Вселенной имеется множество других космологических источников импульсного радиоизлучения.

Указанные в работах радиоисточники находятся на расстояниях примерно до 100 Мпк. Это расстояние ограничено возможностями радиотелескопа VLA. В то же время радиоинтерферометры способны вести наблюдения радиоисточников на гораздо больших расстояниях. Радионаблюдениям доступны более далекие объекты, чем оптическим наблюдениям.

Из обсуждения настоящей темы можно сделать вывод об отсутствии препятствий к широкому использованию определения космологических расстояний посредством запаздывания радиоимпульса. Но какие же тогда принципиальные трудности при этом существуют?

[Che]

Наблюдательные данные не могут свидетельствовать об отсутствии. Они могут лишь указывать верхнюю границу яркости. Как я уже писал, все попытки обнаружить радиоизлучение сверхновых Ia не увенчались успехом.

Естественно, что не обнаруживают. (для Sn Ia)
Будем считать, что радиоволны начинаются с частот 10^10 и ниже, а сверхновые наблюдаются с 10^14 и выше.
Чтобы увидеть такую звезду, необходимо красное смещение больше 10000.
Расстояние до таких звезд равно R(z=1)*e^10000 - никакой энергии не хватит, чтобы ее увидеть...

Речть идет не о радиоволнах, а об инфракрасных. Здесь и расстояние не намного больше, и не сильно растянут горб светимости.

[Kostyrko]

Взрыв сверхновой порождает видеоимпульс электромагнитного излучения. Видеоимпульс содержит множество гармонических составляющих, которые могут быть выделены с помощью спектрального анализа, используя, например, интеграл Фурье. Энергии и длительности видеоимпульса сверхновой достаточно для его регистрации в широком диапазоне частот – от радиоимпульса (см., например, http://arxiv.org/abs/astro-ph/9801205) до импульса в оптическом диапазоне. Для столь широкополосного видеоимпульса практически все астрономические инструменты являются узкополосными. Поэтому, наблюдая «кривую блеска» импульса излучения сверхновой в разных диапазонах частот, по сути, выполняют спектральный анализ этого импульса.
В силу дисперсии волн при распространении электромагнитного излучения в плазме Вселенной длинноволновые импульсы распространяются медленнее, чем коротковолновые. Это и позволяет использовать (в однородной Вселенной) время относительного запаздывания импульса на двух частотах для определения космологических расстояний.

Кроме определения космологических расстояний по запаздыванию радиоимпульса, возможно для этих целей использовать запаздывание импульса в других диапазонах, в частности, в оптическом. Речь идет, прежде всего, о гамма-всплесках. Например, зафиксирован гамма-всплеск, и его источник отождествлен с помощью оптического импульса, пришедшего на 3 часа позже. Тогда расстояние до источника видеоимпульса, породившего эти два зафиксированных импульса, составляет примерно 1000 Мпк. Для этого же родительского видеоимпульса на длине волны 2,4 см примерно через месяц можно попытаться обнаружить максимум радиоимпульса.
Есть основания полагать, что источниками гамма-всплесков, по крайней мере, некоторых, являются далекие вспышки сверхновых. В любом случае, учитывая то, что Вселенная прозрачна для жесткого гамма-излучения вплоть до значения красного смещения порядка z = 100, определение космологических расстояний по запаздыванию оптического импульса следует признать перспективным.

[Kostyrko]

В сообщении [http://www.astronet.ru/db/msg/1227942] говорится о случайном обнаружении рентгеновской вспышки перед проявлением сверхновой в оптическом диапазоне.
В настоящей теме рассматривается, в том числе и возможность обнаружения импульса на низких частотах через некоторое время после обнаружения импульса на более высоких частотах. В теме затронуты эффекты дисперсии: электромагнитный видеоимпульс от вспышки сверхновой распространяется с разной скоростью в разных диапазонах частот. А именно, запаздывание тем больше, чем больше длина волны наблюдения.

В сообщении непонятно утверждение «Теоретиками была предсказано, что приблизительно через месяц после рентгеновской вспышки сверхновая проявляется и в оптике». Ведь в этой же заметке речь идет о наблюдаемом запаздывании всего несколько дней. О каких именно теоретических предсказаниях здесь идет речь?

Вызывает также вопросы утверждение «Открываются неограниченные возможности в исследовании того, что до этого было просто невозможно: в частности, определение точного времени начала вспышки позволит целенаправленно искать поток нейтрино и гравитационные волны, появление которых предсказано в момент коллапса звездного ядра при образовании нейтронной звезды». Какой импульс после вспышки сверхновой SN 1987A пришел раньше, и на сколько раньше, – импульс нейтрино или рентгеновский импульс? А какой импульс, рентгеновский или гравитационный, распространяется быстрее в реальной среде – космическом пространстве?

Вместе с тем, сообщение подтверждает обсуждаемую в теме возможность измерения космологических расстояний по запаздыванию импульсов.

[farvam]

А какой импульс, рентгеновский или гравитационный, распространяется быстрее в реальной среде – космическом пространстве?

  Как то раньше меня не занимал этот вопрос, но как то непонятно откуда взяться грав. импульсу? Что резко изменилось? Скажут масса, но в излучение превратится небольшое ее колличество а по мере расширения оболочки масса убывает сравнительно медленно. Поэтому этот импульс можно назвать волной. Волну же зафиксировать намного сложней чем крутой импульс.

[Georg]

А, кто-нибудь вообще зафиксировал гравитационный импульс?

[Georg]

С увеличением расстоянии до объекта должна расти плотность вещества, в том числе и электронов, при расчёте запаздывания и это надо учитывать, а как?

[Georg]

У некоторых спиральных галактик были получены радиоизображения рукавов. Они отставали от оптического изображения на некий угол из-за вращения. До некоторых галактик расстояния измерены достаточно точно, может можно прокалибровать, если в той галактике обнаружится необходимый объект.