Quando guardiamo allo spazio, stiamo guardando indietro nel tempo. Questo perché la luce si muove alla velocità della luce. Ci vuole tempo perché la luce ci raggiunga.

Ma diventa ancora più strano di così. La luce può essere assorbita, riflesso, e riemessa da gas e polveri, dandoci una seconda occhiata.

Si chiamano echi di luce, e consentono agli astronomi un altro modo per comprendere l'universo che ci circonda.

Conosciamo tutti l'idea di un'eco. Il suono viaggia nell'aria, riflette su un oggetto lontano e ritorna. Senti il ​​suono originale, e poi il suono riflesso. E da quel riflesso, puoi conoscere la superficie riflettente. È vicino o lontano? Di cosa è fatto?

Questo perché il suono si muove a una velocità di circa 343 metri al secondo. Leggero, d'altra parte, si muove a una velocità di quasi 300, 000 km/s—troppo veloce perché i tuoi occhi possano vedere il riflesso, ma fuori nello spazio, dove gli oggetti possono essere larghi molti anni luce, gli astronomi possono vedere le sfere di luce che si muovono attraverso nuvole di gas e polvere come echi di potenti brillamenti e supernove.

Il miglior esempio di eco di luce è il radar, utilizzato per far rimbalzare i segnali radio sugli oggetti per mapparli. Un radar è costituito da un trasmettitore per inviare i segnali, e un ricevitore per catturarli di nuovo.

Dal momento che sai quanto velocemente si muove la luce, puoi rilevare il tuo impulso radio che rimbalza sugli oggetti e usarlo per capire quanto è lontano tutto da te.

Qui sulla Terra, il radar è utilizzato per la navigazione in barca e in aereo, così come il monitoraggio del tempo.

Ma gli astronomi usano il radar per trovare le distanze dai pianeti e mappare le superfici degli asteroidi. Per esempio, quando l'asteroide 3200 Phaethon ha fatto il suo avvicinamento più vicino alla Terra nel dicembre 2017, l'osservatorio radiofonico di Arecibo ha raccolto immagini della sua superficie.

Le onde radio sono la forma perfetta di radiazione elettromagnetica per rilevare i riflessi. Quando la luce rimbalza su un oggetto lontano, è già molto debole, e diventa più debole quando ritorna.

Ma i laser sono stati usati anche per misurare la distanza dalla luna. Quando gli astronauti sbarcarono sulla luna durante le missioni Apollo, hanno posizionato speciali retroriflettori sulla superficie. Gli scienziati sulla Terra possono sparare un potente laser ai riflettori e rilevare la luce riflessa mentre ritorna. Di nuovo, conoscendo la velocità a cui viaggia la luce, possono calcolare la distanza dalla luna vedendo quanto tempo impiega la luce laser riflessa a tornare sulla Terra.

Ma per sfruttare davvero la luce riflessa, hai bisogno di andare molto molto più luminoso. Piace, la produzione di energia di una stella di nuova formazione, una stella che esplode, o un buco nero supermassiccio che si alimenta attivamente.

La natura rilascia continuamente radiazioni elettromagnetiche sotto forma di luce visibile, radiazioni infrarosse e onde radio. E gli astronomi hanno escogitato modi per vedere la luce riflessa per fare scoperte sull'universo.

Un'immagine che potresti conoscere è la stella V838 Monocerotis, situato a circa 20, 000 anni luce di distanza. Gli astronomi stanno ancora cercando di capire perché, ma per qualche ragione, nel 2002, gli strati esterni della supergigante rossa si espansero notevolmente, rendendola la stella più luminosa dell'intera Via Lattea, superando il sole di un fattore 600, 000. È stato come un flash che si è spento improvvisamente in una stanza buia.

Non era una nova, in cui il materiale si accumula sulla superficie di una nana bianca. E non era una supernova, in cui una stella massiccia esplode alla fine della sua vita. Era qualcos'altro.

Non appena V838 si illuminò, è svanito. Ma l'effetto di questo lampo è stato visibile per quasi due decenni dopo l'evento.

Guarda questa animazione, costituito da osservazioni separate di V838 nel corso di diversi anni. Questa non è un'esplosione, è la luce che si muove in una sfera attraverso il gas interstellare e la polvere che circondano la stella. Mentre passa attraverso la polvere, si disperde e impiega un viaggio più lungo per arrivare sulla Terra.

Questa eco luminosa ha permesso agli astronomi di studiare la natura della polvere, che avrebbe potuto essere buttato via dalla stella molto tempo fa, ma non era visibile agli astronomi senza questa torcia fornita dalla stella.

Gli astronomi hanno utilizzato gli echi di luce per studiare la formazione dei pianeti attorno a una giovane stella. Lo Spitzer Space Telescope della NASA e quattro osservatori a terra sono stati utilizzati per misurare la dimensione del divario attorno a una stella di nuova formazione rispetto al suo disco protoplanetario.

La stella si chiama YLW 16B, e si trova a circa 400 anni luce dalla Terra. È circa la stessa massa del sole, ma ha solo 1 milione di anni, solo un bambino.

Anche in questi potenti osservatori, il gap protoplanetario è troppo piccolo per essere misurato direttamente. Anziché, hanno usato echi di luce per ottenere le dimensioni.

Le stelle giovani sono variabili in luminosità, cambiando la quantità di luce che emettono di giorno in giorno. Il materiale vortica fuori dal disco protoplanetario, viene catturato dalle linee del campo magnetico della stella, e poi cade sulla stella, accendendolo.

Mentre la stella cambia di luminosità, parte di quella luce in più colpisce il disco planetario, creando un'eco che gli astronomi possono rilevare. Dal momento che sanno quanto velocemente sta andando la luce, possono calcolare quanto tempo impiega la schiaritura a raggiungere il disco, e quanto è grande il divario.

La luce impiega 74 secondi per raggiungere il divario, il che significa che sono 0,08 unità astronomiche, o 12 milioni di chilometri di distanza dalla stella. Solo per confronto, la distanza dal Sole a Mercurio è di circa 60 milioni di chilometri.

Recentemente, gli astronomi hanno utilizzato echi di luce per studiare l'ambiente attorno a un buco nero di massa stellare. Hanno usato il carico utile Neutron Star Interior Composition Explorer (o NICER) sulla Stazione Spaziale Internazionale. Questo strumento è stato in grado di rilevare le emissioni di raggi X da un buco nero appena scoperto chiamato J1820, che si nutriva di una stella compagna.

Il buco nero si trova a circa 10, 000 anni luce di distanza nella costellazione del Leone, ed è stato scoperto per la prima volta dalla missione Gaia dell'Agenzia spaziale europea.

L'11 marzo 2018, il buco nero divampò improvvisamente, diventando uno degli oggetti più luminosi nel cielo a raggi X. Certo, non è stato il buco nero stesso a divampare, era il disco di accrescimento che circonda il buco nero, composto da materiale rubato alla sua stella compagna.

Questo materiale sta vorticando, riscaldato dall'intensa pressione e dal magnetismo dell'ambiente. Questo genera radiazioni a raggi X. È circondato da una corona, una regione di particelle subatomiche riscaldata a 1 miliardo di gradi Celsius.

Un'instabilità nel disco può causare un collasso, come una valanga che cade da una montagna, rilasciando un'esplosione di radiazioni. È questo bordo interno del disco di accrescimento che gli astronomi volevano studiare. Di nuovo, hai una fonte di illuminazione, il bagliore causato da un collasso del disco. Questo rilascia raggi X in tutte le direzioni, ma i raggi X passano anche attraverso il disco, riflettendoci a diverse lunghezze d'onda e intensità.

Gli astronomi sono stati in grado di vedere che il divario tra il buco nero e il suo disco di accrescimento non sembra spostarsi durante uno di questi eventi di brillamento, ma la corona circostante cambia drasticamente, restringendosi passando da 160 km a 16 km.

Nel gennaio 2014, gli astronomi hanno scoperto una nuova supernova nella galassia M82. Conosciuto come SN 2014J, questa era una supernova di tipo 1a, in cui una nana bianca ruba materiale da una stella compagna. Quando colpisce circa 1,4 volte la massa del sole, esplode, chiaramente visibile da milioni di anni luce di distanza.

A soli 11 milioni di anni luce di distanza, questa era la supernova di tipo 1a più vicina che gli astronomi avessero visto in 40 anni, ed è stata l'occasione perfetta per studiare con il telescopio spaziale Hubble.

Hubble ha osservato la regione 10 mesi dopo l'esplosione della supernova, e poi ancora due anni dopo. E puoi vedere chiaramente la radiazione dell'esplosione che si muove attraverso il materiale circostante, illuminandolo alla velocità della luce.

Gli astronomi stimano che questa regione di gas e polvere si estenda circa 300 a 1, 600 anni luce intorno alla stella morta, ed è illuminato un anno luce all'anno dalla luce riflessa dall'esplosione della supernova.

Infatti, gli astronomi l'hanno visto accadere più di 15 volte, ma questa era la risoluzione più vicina e quindi la più alta che siano mai stati in grado di vedere.

Andiamo più grandi. Consideriamo il caso di una collisione osservata tra galassie in fase di fusione. La galassia più grande, ShaSS 073, ha un buco nero supermassiccio che si alimenta attivamente al suo interno, che lo rende incredibilmente luminoso. La galassia meno massiccia si chiama ShaSS 622.

Le radiazioni si riversano dal disco di accrescimento attorno al buco nero supermassiccio e bombardano la galassia più piccola, facendolo risplendere mentre assorbe e poi riemette la luce. È un piccolo punto nell'immagine di accompagnamento, ma sono 1,8 miliardi di anni luce quadrati nello spazio.

Ma ecco la parte strana:secondo i loro calcoli, gli astronomi hanno scoperto che non ci sono abbastanza radiazioni per farla brillare così intensamente. Anziché, la fiammata è avvenuta 30, 000 anni prima, quando il nucleo della galassia era molto più luminoso, e ora vedono solo la luce riflessa.

Il fatto che la luce si muova a velocità costante è estremamente utile per esplorare l'universo, anche quando risuona.