Телескопы покупают здесь


A A A A Автор Тема: Определение расстояний до сверхновых.  (Прочитано 7220 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн РДС

  • **
  • Сообщений: 59
  • Благодарностей: 0
    • Сообщения от РДС
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #20 : 01 Июн 2008 [13:37:38] »

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


А нет ли серьезных оценок величины показателя преломления и дисперсии межзвездной среды, например, в видимой области спектра? Буду признателен за ссылку.

Оффлайн KostyrkoАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 809
  • Благодарностей: 93
    • Сообщения от Kostyrko
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #21 : 02 Июн 2008 [13:34:14] »

В ответе # 1 настоящей темы приведена ссылка http://arxiv.org/abs/astro-ph/9801205 . В этом источнике имеются данные о 16 сверхновых на расстояниях до 100 Мпк, 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 по соотношениям из статьи «Мера дисперсии» (http://www.astronet.ru/db/msg/1188442), получим 10^(-7) … 10^(-5).

Оффлайн KostyrkoАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 809
  • Благодарностей: 93
    • Сообщения от Kostyrko
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #22 : 03 Июн 2008 [11:46:05] »

Концентрация электронов в нашей Галактике определена прямыми наблюдениями пульсаров (П.):
«Благодаря замечательным св-вам П. – импульсному излучению, его поляризации, широкополосности – были детально исследованы св-ва межзвездной среды: измерена ср. концентрация электронов, к-рая оказалась равной  0,03 +/- 0,01 см^(-3), установлена однородность распределения электронов в плоскости Галактики в масштабах >= 1 кпк; размеры неоднородностей достигают десятков и даже сотен пк, а ср. концентрация электронов меняется от 0,01 до 0,1 см^(-3)» (http://www.astronet.ru/db/msg/1188563).

Оффлайн РДС

  • **
  • Сообщений: 59
  • Благодарностей: 0
    • Сообщения от РДС
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #23 : 03 Июн 2008 [12:27:50] »

Концентрация электронов в нашей Галактике определена прямыми наблюдениями пульсаров (П.):
«Благодаря замечательным св-вам П. – импульсному излучению, его поляризации, широкополосности – были детально исследованы св-ва межзвездной среды: измерена ср. концентрация электронов, к-рая оказалась равной  0,03 +/- 0,01 см^(-3), установлена однородность распределения электронов в плоскости Галактики в масштабах >= 1 кпк; размеры неоднородностей достигают десятков и даже сотен пк, а ср. концентрация электронов меняется от 0,01 до 0,1 см^(-3)» (http://www.astronet.ru/db/msg/1188563).


Спасибо, Kostyrko!
Итак, оптический показатель преломления МЗ-среды астрофизиков не интересует. При известной плотности электронов можно его оценить по формуле Лоренц-Лорентца? Ведь МЗ-среда - не только электроны.

Оффлайн Дмитрий Вибе

  • Обозреватель
  • *****
  • Сообщений: 17 928
  • Благодарностей: 464
  • Дети любят бутерброд с маргарином!
    • Сообщения от Дмитрий Вибе
    • Персональная страница
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #24 : 03 Июн 2008 [17:35:26] »
Итак, оптический показатель преломления МЗ-среды астрофизиков не интересует.

Оптический показатель преломления МЗС очень интересует астрофизиков. Благодаря наличию в МЗС пыли. Поскольку
МЗ-среда - не только электроны.
Было бы ошибкой думать.

Оффлайн KostyrkoАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 809
  • Благодарностей: 93
    • Сообщения от Kostyrko
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #25 : 05 Июн 2008 [20:59:33] »

Любопытные данные о сверхновой SN 1987A приведены в источнике http://ufn.ru/ru/articles/2006/10/b/ :
23 февраля 1987 года в интервале 2:52:34 – 2:52:44 UT четырьмя нейтринными детекторами были зарегистрированы несколько событий, предположительно связанных со сверхновой. Во время 2:52:35,4 UT были зарегистрированы также импульсы на двух гравитационных антеннах (в Риме и Мэриленде).

В таком случае, если гравитационный и нейтринный импульсы порождены одним и тем же процессом, случившимся в объеме не более, скажем, одной световой секунды, то:
1.   Скорость распространения гравитационного импульса выше скорости распространения нейтринного импульса. В случае с SN 1987A запаздывание нейтринного импульса (в максимуме) составляет несколько секунд.
2.   Зарегистрированные нейтрино с большой вероятностью не претерпели взаимодействий с момента возникновения, поэтому появляется возможность оценки верхнего предела массы нейтрино.

А каким моделям взрывов сверхновых более всего соответствует наблюдаемое запаздывание нейтринного импульса относительно гравитационного импульса?

Оффлайн KostyrkoАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 809
  • Благодарностей: 93
    • Сообщения от Kostyrko
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #26 : 06 Июн 2008 [11:55:13] »

Современные наблюдения позволяют исследовать на космологических расстояниях вспышки сверхновых (в виде порожденных вспышками импульсов электромагнитного излучения). При этом измерение запаздывания импульсов производится с такой же точностью, что и измерение красного смещения, поскольку как те, так и другие измерения оперируют с величинами частоты/времени. Поэтому в современных условиях уже нельзя считать способ определения расстояний по красным смещениям единственным для масштабов более 500 Мпк (http://www.astronet.ru/db/msg/1188617).

Замечательной особенностью определения космологических расстояний по запаздыванию импульсов является та, что этот метод основан на эффекте дисперсии электромагнитного излучения при распространении его на космологические расстояния. Метод же красных смещений базируется на эффекте Доплера, обусловленном взаимным удалением источника и наблюдателя (если принять наиболее распространенную модель расширяющейся Вселенной). Определение космологических расстояний двумя разными способами, имеющими сравнимую точность, но основанными на разных физических принципах, повышает достоверность измерений.

Способ определения космологических расстояний по запаздыванию импульсов оказывается, в некоторых случаях, практически единственно применимым. Например, лацертиды (блазары) характеризуются непрерывным спектром и отсутствием ярких эмиссионных линий [Блазар – Википедия]. Это делает невозможным применение метода красных смещений. Однако основной признак лацертид – высокая переменность блеска, что позволяет использовать метод запаздывания импульсов.

Оффлайн Дмитрий Вибе

  • Обозреватель
  • *****
  • Сообщений: 17 928
  • Благодарностей: 464
  • Дети любят бутерброд с маргарином!
    • Сообщения от Дмитрий Вибе
    • Персональная страница
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #27 : 06 Июн 2008 [12:31:16] »
основной признак лацертид – высокая переменность блеска, что позволяет использовать метод запаздывания импульсов.

Я уже раз писал, еще повторю. Чтобы Ваш метод запаздывания импульсов работал хотя бы теоретически, необходимо не только хорошо знать параметры среды между объектом и наблюдателем, но и быть уверенным в том, что "импульсы" на разных частотах испускаются одновременно или, по крайней мере, с известным интервалом. Без этой информации Ваш метод бессилен.
Было бы ошибкой думать.

Оффлайн KostyrkoАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 809
  • Благодарностей: 93
    • Сообщения от Kostyrko
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #28 : 07 Июн 2008 [13:30:39] »

В источнике http://ufn.ru/ru/articles/2004/4/h/ говорится о том, что наблюдения SN 1987A «подтвердили теоретические идеи об инициировании вспышки сверхновой гравитационным коллапсом железного ядра», а также о том, что «при вспышке сверхновой нейтрино диффундируют из очень плотной (как атомное ядро) материи и им требуется около 10 с, чтобы достичь поверхности, по-видимому, нейтронной звезды». В таком случае по данным наблюдений SN 1987A скорость нейтрино превышает скорость распространения гравитационного импульса. Этот неожиданный вывод весьма сомнителен ввиду скудности наблюдаемых данных. Впрочем, здесь можно с большой точностью принять, что  скорость распространения нейтрино равна скорости распространения гравитационного импульса (и равна скорости света в вакууме). Тогда по данным наблюдений легко найти значения величин, характеризующих дисперсию среды распространения, показатель преломления этой среды.

Действительно, сверхновая SN 1987A расположена на расстоянии 160 тыс. световых лет от Земли. Пик импульса в видимом диапазоне запоздал относительно нейтринного импульса на 80 дней. В таком случае для сверхновой SN 1987A скорость распространения излучения видимого диапазона примерно на одну миллионную меньше скорости света в вакууме. Такие же простые расчеты можно проделать для всего наблюдаемого диапазона электромагнитного излучения.

Таким образом, наблюдение импульсов электромагнитного излучения на космологических расстояниях позволяет не только измерять эти расстояния, но имеет и другие практические применения. Вычислять дисперсионные параметры среды можно и в отсутствие данных о нейтрино – по времени запаздывания пиков блеска на разных частотах. Причем для этого годятся сверхновые всех типов, а также иные доступные для наблюдения импульсные источники.

Оффлайн KostyrkoАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 809
  • Благодарностей: 93
    • Сообщения от Kostyrko
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #29 : 10 Июн 2008 [17:58:18] »

Величину запаздывания импульсов на разных частотах давно используют для определения расстояний, и свойств среды распространения, – с помощью пульсаров (http://www.astronet.ru/db/msg/1188563).

Приведенная мною оценка отличия скорости света в вакууме от скорости распространения излучения в видимом диапазоне для SN 1987A, к сожалению, завышена на два порядка. Причина ошибки в том, что максимум блеска сверхновой в видимом диапазоне обусловлен не собственно импульсом взрыва, а расширением фотосферы сверхновой (http://www.astronet.ru/db/msg/1188703). При этом наблюдаемый момент максимума блеска запаздывает относительно момента прихода первых фотонов, сгенерированных вспышкой. В соответствии с наблюдениями, нейтрино и первые лучи света от SN 1987A достигли Земли с разницей несколько часов (http://ufn.ru/ru/articles/1988/12/d/). В этих условиях скорость распространения излучения в видимом диапазоне ниже скорости нейтрино примерно на 1/10^8 скорости света в вакууме, а не на одну миллионную, как я оценил выше.

Однако на космологических расстояниях наблюдениям доступны лишь сверхновые именно вблизи максимума их блеска. На расстояниях, превышающих масштаб однородности Вселенной, влияние задержки максимума блеска нивелируется. Действительно, пусть далекая сверхновая достигла максимума блеска в видимом диапазоне через 2 месяца после взрыва, а на какой-то частоте радиодиапазона – через год. Тогда, если знать меру дисперсии среды однородной Вселенной, расстояние можно определить с погрешностью примерно 20 %. Эта погрешность может быть уменьшена путем учета интервала времени между взрывом сверхновой и максимумом ее блеска.

Оффлайн Che

  • *****
  • Сообщений: 5 629
  • Благодарностей: 33
    • Сообщения от Che
    • Redshift0
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #30 : 10 Июн 2008 [18:57:26] »
С увеличением расстоянии до объекта должна расти плотность вещества, в том числе и электронов, при расчёте запаздывания и это надо учитывать, а как?
Это зависит от применяемой теории.
В теории стационарной(статической) Вселенной эта плотность  вообще не изменяется.

Оффлайн KostyrkoАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 809
  • Благодарностей: 93
    • Сообщения от Kostyrko
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #31 : 29 Июн 2008 [17:22:52] »

Определение расстояний посредством измерения времени запаздывания импульсов позволяет избежать проблем определения фотометрических величин на космологических расстояниях. О важности этих проблем свидетельствует следующий пример.

По данным анализа 42 далеких сверхновых типа Ia обнаружено ускоренное, по сравнению с ожидаемым, снижение блеска этих «стандартных свеч» с расстоянием (http://xxx.lanl.gov/pdf/astro-ph/9812133v1). Для объяснения таких результатов была выдвинута идея существования темной энергии.
В расчетах старались учесть все влияющие на результат факторы. Вместе с тем, в приведенном источнике отсутствуют указания об учете влияния на результат космической плазмы. В чем проявляется это влияние?

Распространяясь сквозь плазму, электромагнитное излучение взаимодействует с электронами плазмы. Рассмотрим приближение томсоновского рассеяния – рассеяние низкочастотного излучения на свободных электронах (www.astronet.ru/db/msg/1188731), что является справедливым для условий наблюдения упомянутых сверхновых. Учтем, что Вселенная однородна на космологических расстояниях. Тогда, зная сечение томсоновского рассеяния и среднюю плотность электронов среды, можно выполнить оценку расстояния, на котором вероятность такого рассеяния равна, скажем, 10%. При средней плотности электронов 2*10^(-3) см^3 это расстояние – примерно 1000 Мпк. Такая плотность характерна для межгалактического ионизированного газа скоплений галактик (http://www.astronet.ru/db/msg/1188660).

Т. о., на расстояниях сотен Мпк и более блеск объектов снижается быстрее закона обратных квадратов благодаря томсоновскому рассеянию. Отсюда следуют выводы:
1.   При оценке величины ускоренного расширения Вселенной необходимо учитывать эффект томсоновского рассеяния.
2.   У любого наблюдателя есть горизонт по томсоновскому рассеянию – существует расстояние, начиная с которого объекты не доступны для наблюдений, поскольку составляющие изображение фотоны рассеиваются во Вселенной с вероятностью 100%, не достигая наблюдателя.

Оффлайн lapay

  • *****
  • Сообщений: 2 751
  • Благодарностей: 25
    • Сообщения от lapay
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #32 : 29 Июн 2008 [20:53:45] »
1.   При оценке величины ускоренного расширения Вселенной необходимо учитывать эффект томсоновского рассеяния.
2.   У любого наблюдателя есть горизонт по томсоновскому рассеянию – существует расстояние, начиная с которого объекты не доступны для наблюдений, поскольку составляющие изображение фотоны рассеиваются во Вселенной с вероятностью 100%, не достигая наблюдателя.

Значительное рассеивание должно создавать фон, и здесь нет никакого горизонта, а только экспоненциальное уменьшение мощности.

Оффлайн KostyrkoАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 809
  • Благодарностей: 93
    • Сообщения от Kostyrko
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #33 : 01 Июл 2008 [11:44:34] »

Рассеяние 100% фотонов излучения источника означает, что наблюдатель может регистрировать только те фотоны источника, которые испытали рассеяние. Т. е., в общем случае, направление прихода фотона не совпадает с направлением на источник. Тогда в однородной Вселенной существует расстояние, на котором источник уже не локализуется вследствие рассеяния. С увеличением расстояния изображение источника расплывается и, в конце концов, сливается с фоном. Т. о., для любого наблюдателя существует горизонт по рассеянию, причем не зависимо от вида этого рассеяния (томсоновское, комптоновское, …).

Оффлайн lapay

  • *****
  • Сообщений: 2 751
  • Благодарностей: 25
    • Сообщения от lapay
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #34 : 01 Июл 2008 [16:34:25] »
Вы ошибаетесь. Рассеивание - процесс вероятностный, на единицу длинны рассеиватся одинаковый процент от входящей мощности. Такая зависимость описывается экспоненциальной формулой.

Оффлайн KostyrkoАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 809
  • Благодарностей: 93
    • Сообщения от Kostyrko
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #35 : 02 Июл 2008 [10:44:23] »

Возможности наблюдательной астрономии ограничены, прежде всего, такими характеристиками инструментов, как шум (http://www.astronet.ru/db/msg/1188256), и разрешающая способность (http://www.astronet.ru/db/msg/1188627). Но даже идеальный инструмент ограничен возможностью наблюдения объектов, уровень принимаемого сигнала от которых имеет порядок 2,7 К, т. е. возможности наблюдения принципиально ограничены изотропным микроволновым фоновым излучением Вселенной. Другими словами, далекий источник с увеличением расстояния перестанет быть наблюдаемым раньше, чем 100% фотонов его изображения испытают рассеяние.
В этом плане методы импульсных наблюдений в астрономии имеют определенные преимущества – в некоторых случаях позволяют вести наблюдения в более широком динамическом диапазоне (например, спекл-интерферометрия, http://www.astronet.ru/db/msg/1188685).

Оффлайн KostyrkoАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 809
  • Благодарностей: 93
    • Сообщения от Kostyrko
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #36 : 02 Июл 2008 [16:38:57] »

«Взаимодействие (как отдельные элементарные процессы, так и любая их комбинация) фотона с рассеивающей или поглощающей частицей характеризуется эффективным поперечным сечением (ЭПС) s. Его можно определить как отношение вероятности взаимодействия на единице пути dП/dx к концентрации N частиц, с к-рыми происходит взаимодействие» (http://www.astronet.ru/db/msg/1190793).
Т. о., в однородной Вселенной (когда N = const) вероятность томсоновского рассеяния фотона (когда s = const) прямо пропорциональна пути (расстоянию источник – наблюдатель).

Оффлайн KostyrkoАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 809
  • Благодарностей: 93
    • Сообщения от Kostyrko
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #37 : 07 Июл 2008 [18:56:21] »

По данным источника http://ufn.ru/ru/articles/1988/12/a/ спектральная радиосветимость в максимуме и характерное время импульса в радиодиапазоне для сверхновой СН 1987А оказались значительно меньшими, чем у других сверхновых. «Импульс радиоизлучения с такими свойствами ранее никогда не наблюдался для зарегистрированных вспышек внегалактических СН».
Между тем мощная вспышка сверхновой порождает электромагнитный импульс с достаточно богатым спектром. Поэтому возможные проблемы с наблюдением импульса в одном диапазоне (например, в радиодиапазоне, как заметил ув. Дмитрий Вибе) не обязательно присутствуют в других диапазонах. Так, для СН 1987А звездная величина импульса в инфракрасном диапазоне была выше, чем в оптическом диапазоне, а на космологических расстояниях максимумы этих импульсов заметно различаются временем прихода к наблюдателю.

Оффлайн xd

  • *****
  • Сообщений: 17 977
  • Благодарностей: 378
    • Skype - deimos.belastro.net
  • Награды Открытие комет, астероидов, сверхновых звезд, научно значимые исследования.
    • Сообщения от xd
    • Белорусская любительская астрономическая сеть
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #38 : 09 Июл 2008 [09:36:20] »
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.
Уширение полосы пропускания приборов приводит к увеличению мощности шума. (P = 4 k T dF) То есть задирая входную полосу сигнала, мы автоматически увеличиваем уровень шума. Совсем не факт, что предельная чувствительность прибора от этого не пострадает, ведь для получения оптимального отношения сигнал/шум необходимо, чтобы полоса пропускания входного тракта совпадала со спектральной полосой сигнала. И фильтр, который вырезает фрагмент спектра сигнала, в плане отношения с/ш находится в значительно более выгодном положении, чем широкополосный входной тракт.
Да и формирование широкополосного СВЧ-тракта - задачка не из лёгких.
У природы нет плохой погоды, у неё просто на нас аллергия.

Учение без размышления бесполезно, но и размышление без учения опасно /Конфуций/
Слово есть поступок. /Л. Толстой/

Оффлайн KostyrkoАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 809
  • Благодарностей: 93
    • Сообщения от Kostyrko
Re: Определение расстояний до сверхновых.
« Ответ #39 : 09 Июл 2008 [18:09:53] »

Определение расстояний до далеких сверхновых сводится к нахождению максимумов кривых блеска в двух частотных диапазонах, скажем, U и I (http://www.astronet.ru/db/msg/1186379), и вычислению расстояния по величине дисперсии и времени запаздывания в максимумах. Чем ближе расположены используемые для наблюдений диапазоны частот, тем ближе условия распространения электромагнитных волн в этих диапазонах, и тем выше точность метода. Точность определения расстояния может быть повышена путем использования большого числа частотных диапазонов. Среднее значение дисперсии может быть определено путем наблюдения достаточно близких сверхновых, расстояния до которых известны.
Отсутствуют какие-либо специфические требования к астрономическим инструментам при определении расстояний по запаздыванию импульсов, т. е. существующие инструменты вполне пригодны для этих целей.