Quando è importante la rifrazione ottica in astronomia?

Quali sono i sistemi / modelli astrofisici comunemente importanti, in cui la rifrazione ottica è importante o necessaria per tener conto?

Vi chiedo gentilmente di non considerare la rifrazione nell'atmosfera terrestre o all'interno della strumentazione in questa domanda.

Commento: la lente gravitazionale è diversa dalla rifrazione ottica anche se influenza i percorsi di luce. Vorrei chiedere agli autori di non parlarne nel seguito.

radiative-transfer

— Alexey Bobrick
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intendi rifrazione in telescopi / strumenti o come viene creata la luce e viaggiare verso di noi?

— Francesco Montesano,

@FrancescoMontesano: Grazie, è rilevante! Intendo rifrazione astrofisica, non strumentale.

— Alexey Bobrick,

Risposte:

La rifrazione ottica è correlata al cambiamento di direzione di un raggio luminoso quando cambia l'indice di rifrazione. Escludendo le atmosfere e gli strumenti della Terra, penso che la rifrazione abbia un impatto scarso / nullo in astronomia.

Gli unici casi che mi vengono in mente in cui possiamo (probabilmente) avere qualche importante rifrazione sono nel eclissare i binari delle stelle o vicino ai bordi dei sistemi planetari. Immaginiamo un pianeta in transito dietro la sua stella. Parte della sua luce attraversa l'atmosfera stellare e viene rifratta. Poiché l'atmosfera è curva e probabilmente cambia l'indice di rifrazione con l'altezza, agisce come una lente che disperde (l'intuizione lo dice) la luce del pianeta.

Modifica Una descrizione simile vale in generale per qualsiasi oggetto che passa dietro un altro che ha atmosfera.

E c'è il Gravitational Lensing (se mi permetti), che ha un impatto molto maggiore sulle osservazioni. Ciò è causato dalla gravità che flette i raggi luminosi quando passa vicino a galassie / ammasso di galassie (/ stelle / ...). Una delle differenze della lente gravitazionale rispetto alle lenti standard è che non vi è alcun cambiamento nell'indice di rifrazione, quindi è acromatico (tutte le lunghezze d'onda vengono piegate dallo stesso angolo).

L'indice di rifrazione efficace può essere descritto come (fonte: Narayan e Bartelmann (pdf)):

n = 1 + \frac{2}{c^{2}} | Φ |

$n = 1 + \frac{2}{c^{2}} |\Phi|$ dove

Φ

$\Phi$ è il potenziale gravitazionale ed è generalmente una funzione della posizione dell'oggetto.

La lente gravitazionale è divisa canonicamente in tre gruppi:

Lenti forti, di solito osservate negli ammassi di galassie o attorno a galassie di massa. Il potenziale gravitazionale è così forte che l'immagine di una galassia di sfondo è fortemente distorta in archi e anelli, come in questa straordinaria immagine di Abell 2218 di HST:

_{(fonte: hubblesite.org )}
Lente debole. La luce di una galassia incontra la materia (e molta materia oscura) che viaggia verso di noi e viene rifratta. Questo non ha un effetto drammatico come nel caso di lenti forti, ma distorce la forma della galassia. E questa distorsione può essere usata per studiare, ad esempio, la distribuzione della materia oscura attorno a un oggetto o il contenuto dell'universo.
Micro lente. Immagina di osservare una stella e in qualche modo sapere che una massa di materia oscura passerà davanti alla stella. Il blob non è abbastanza grande da distorcere la forma della stella, ma sicuramente aumenterà di una piccola quantità la luminosità della stella.

— Francesco Montesano
fonte

Grazie mille! La rifrazione della luce dai pianeti in transito mi sembra un buon esempio. La lente gravitazionale, tuttavia, anche comportandosi in modo efficace come la rifrazione, ha una natura diversa dalla rifrazione ottica. Immagino che i pianeti non siano gli unici casi, però. Ad esempio, il mezzo interstellare o intergalattico può essere refrattivo a una certa lunghezza d'onda.

— Alexey Bobrick,

Inoltre, sono curioso di sapere se si conoscono ragioni fisiche che potrebbero avvalorare questa affermazione "Penso che la rifrazione abbia un impatto scarso / nullo in astronomia"?

— Alexey Bobrick,

@AlexeyBobrick. So che la lente gravitazionale non è rifrazione (ecco perché ho scritto if you allow me), ma è l'effetto più grande che sembra rifrazione. Sto cercando alcune informazioni sulla rifrazione del mezzo interstellare / intergalattico, quindi probabilmente aggiornerò presto la mia risposta. A proposito "I think that refraction has little/no impact in astronomy": il motivo principale è che non ricordo alcun discorso / documento / discussione sulla rifrazione. E se fosse un problema, sarebbe importante per la cosmologia (il mio campo).

— Francesco Montesano,

Francamente, non ricordo nemmeno troppi discorsi / documenti che menzionano la rifrazione. Tuttavia, credo, sarebbe davvero interessante trovare una spiegazione fisica per questo. A parte le cose menzionate, potrebbero esserci stati anche degli effetti nel trasferimento di radiazioni in AGN tori di cui ho sentito parlare, ma dovrò cercarlo.

— Alexey Bobrick,

@FrancescoMontesano Assolutamente - Credo che siamo nello stesso campo (cosmologia con lenti) e aiuta ad avere più di una persona che risponde alle domande e migliora le risposte quando possono. Nessuno ricorda tutto nel loro campo ed è bello ricordare le cose.

— astromax,

Ecco un articolo che ho trovato che parla dell'indice di rifrazione della materia oscura (diverso dall'obiettivo gravitazionale) e di come un segnale potrebbe attenuarsi. L'articolo è intitolato "Vincoli della materia oscura da un indice cosmico di rifrazione" , ed ecco l'abstract:

I candidati della materia oscura della fisica delle particelle posseggono invariabilmente interazioni elettromagnetiche, anche se solo attraverso fluttuazioni quantistiche. Presa in massa, la materia oscura può quindi generare un indice di rifrazione che si discosta dal suo valore di vuoto. La sua presenza è segnalata attraverso effetti dipendenti dalla frequenza nella propagazione e attenuazione della luce. Discutiamo i vincoli teorici sull'espansione dell'indice di rifrazione con la frequenza, l'interpretazione fisica dei termini e le osservazioni particolari necessarie per isolare i suoi coefficienti. Questo, con l'avvento di nuove opportunità per visualizzare esplosioni di raggi gamma su scale di distanza cosmologiche, ci offre una nuova sonda di materia oscura e una nuova possibilità per il suo rilevamento diretto.

Ad essere sincero, non capisco davvero come le fluttuazioni quantistiche della materia oscura possano produrre un tale effetto. A parte gli effetti strumentali o atmosferici (e le considerazioni teoriche), onestamente non ricordo che la rifrazione abbia mai avuto un effetto importante.

— astromax
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Non posso ancora dire neanche. Questo è molto interessante, grazie!

— Alexey Bobrick,

Osservando una fonte di luce o onde radio che attraversano il bordo dell'atmosfera di un pianeta, la flessione e il ritardo (entrambi dovuti alla minore velocità della luce nella materia rispetto al vuoto) possono essere utilizzati per analizzare quell'atmosfera.

Le quattro risposte alla domanda Quando gli scienziati planetari hanno realizzato che la pressione superficiale di Venere era quasi 100 volte quella sulla Terra? Come lo hanno scoperto? ci vorrà un po 'di tempo per sfogliare ma ne valgono la pena.

Usando un'onda portante monocromatica, si può rilevare la densità integrata dai ritardi di fase totali (numero di cicli) che si accumulano mentre il fascio passa attraverso strati sempre più spessi.

Questi sono da quella risposta:

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sopra: l'antenna Stanford da 150 piedi utilizzata per trasmettere i segnali a doppia frequenza a Mariner 5 per le misurazioni di occultazione radio della sua densità atmosferica. Da instartupland.com 1 , 2 , 3 .

Sono abbastanza sicuro che la radio rifrazione sia stata usata per studiare le atmosfere di giganti gassosi come Giove e Saturno, ma non so ancora se la rifrazione ottica sia stata ancora modellata. Questo deriva dalla domanda (attualmente senza risposta) Rifrazione dall'atmosfera di Saturno: quanto è denso qui?

sopra: parte ritagliata dell'immagine Cassini della NASA da qui

— Uh Oh
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