當(dāng)向外看太空時(shí)，我們是在向后看時(shí)間，那是因?yàn)楣庖怨馑龠\(yùn)動(dòng)，光到達(dá)我的眼睛需要時(shí)間。但是，光可以被氣體和塵埃吸收、反射和重新發(fā)射，這給了我們另一個(gè)視角。這被稱為光回波，讓天文學(xué)家以另一種方式了解我們周圍的宇宙。相信大家都熟悉回聲的概念，聲音在空中傳播，從遠(yuǎn)處的物體反射回來(lái)；你聽(tīng)到原始的聲音，然后是反射的聲音。從反射中，你可以了解反射面；是近還是遠(yuǎn)？
那是因?yàn)槁曀俅蠹s是每秒343米，光速c接近300000千米/秒——快到你的眼睛都看不見(jiàn)反射，但是在太空中，星云直徑可達(dá)數(shù)光年，天文學(xué)家可以看到光穿過(guò)氣體云和塵埃云，這是強(qiáng)大的耀斑和超新星回聲。光回波最好的例子是雷達(dá)，用來(lái)把無(wú)線電信號(hào)從物體上反射回來(lái)，然后映射出來(lái)，雷達(dá)由發(fā)送信號(hào)的發(fā)射器和再次捕捉信號(hào)的接收器組成。既然知道光速有多快，就可以檢測(cè)到無(wú)線電脈沖從物體上反彈回來(lái)，然后用它計(jì)算出所有物體離你有多遠(yuǎn)。
在地球上，雷達(dá)用于船只和飛機(jī)導(dǎo)航，以及天氣跟蹤等。但是天文學(xué)家使用雷達(dá)來(lái)找到行星的距離，并繪制出小行星的表面情況。例如，當(dāng)小行星3200 Phaethon接近地球時(shí)，阿雷西博射電天文臺(tái)收集了它表面的圖像。無(wú)線電波是探測(cè)反射的完美電磁輻射形式，當(dāng)光線從遠(yuǎn)處的物體反射回來(lái)時(shí)，已經(jīng)非常微弱了，當(dāng)它回來(lái)時(shí)，它變得越來(lái)越微弱。但是激光也被用來(lái)測(cè)量到月球的距離，當(dāng)宇航員在阿波羅任務(wù)中登陸月球時(shí)，在月球表面放置了特殊的反光鏡。
科學(xué)家可以向反射器發(fā)射強(qiáng)大的激光，并在反射回來(lái)的光線中探測(cè)到它。再一次利用光速，可以通過(guò)觀察反射的激光返回地球需要多長(zhǎng)時(shí)間來(lái)計(jì)算到月球的距離。但要真正利用反射光，需要更亮，比如：一顆新形成的恒星，一顆正在爆炸的恒星，或者一個(gè)活躍的超大質(zhì)量黑洞能量輸出——類星體。大自然無(wú)時(shí)無(wú)刻不在以可見(jiàn)光、紅外線和無(wú)線電波的形式釋放電磁輻射。天文學(xué)家已經(jīng)找到了觀察反射光的方法，從而發(fā)現(xiàn)了宇宙的更多奧秘。
你可能熟悉的一幅圖像是V838 Monocerotis恒星，位于2萬(wàn)光年之外。天文學(xué)家們?nèi)栽谠噲D找出原因，但出于某種原因，在2002年，這顆紅色超巨星的外層大幅膨脹，使它成為整個(gè)銀河系中最亮的恒星——比太陽(yáng)亮度高出60萬(wàn)倍。它不是一顆新星，物質(zhì)堆積在一顆白矮星表面。它不是超新星，也不是大質(zhì)量恒星在生命末期爆炸的超新星，那是另外一回事。V838一亮，它就消失了，但這次閃光的后續(xù)效應(yīng)，在發(fā)生后的近20年里一直可見(jiàn)。
光在一個(gè)球體中穿過(guò)恒星周圍的星際氣體和塵埃。當(dāng)穿過(guò)塵埃時(shí)，就會(huì)分散開(kāi)來(lái)，需要更長(zhǎng)的旅程才能到達(dá)地球。這種光線反射讓天文學(xué)家得以研究塵埃的性質(zhì)，這些塵?？赡苁呛芫靡郧氨缓阈菕伋觯绻麤](méi)有這顆恒星提供的“手電筒”，天文學(xué)家是看不到的。天文學(xué)家利用光回波來(lái)研究年輕恒星周圍行星的形成，NASA斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡和四個(gè)地面天文臺(tái)被用來(lái)測(cè)量一顆新形成的恒星與其原行星盤之間的距離。
這顆恒星名為YLW 16B，距離地球約400光年，質(zhì)量和太陽(yáng)差不多，但它只有100萬(wàn)年的歷史。即使在這些強(qiáng)大的天文臺(tái)中，原行星之間的距離也太小，無(wú)法直接測(cè)量。相反，使用光的回聲來(lái)獲得大小。年輕恒星在亮度上是可變的，每天發(fā)出的光量都在變化。物質(zhì)從原行星盤中旋出，被恒星的磁場(chǎng)線捕獲，然后落到恒星上，照亮了它。隨著恒星亮度的變化，部分多余的光線會(huì)照射到行星盤上，產(chǎn)生天文學(xué)家能夠探測(cè)到的“回聲”。
既然知道光速，就能計(jì)算出光亮到達(dá)圓盤需要多長(zhǎng)時(shí)間，以及縫隙有多大。光到達(dá)這個(gè)距離需要74秒，這意味著它是0.08個(gè)天文單位，離恒星1200萬(wàn)公里。相比之下，從太陽(yáng)到水星的距離約為6000萬(wàn)公里?，F(xiàn)在天文學(xué)家利用光回波來(lái)研究恒星質(zhì)量黑洞周圍的環(huán)境，在國(guó)際空間站上使用中子星內(nèi)部成分探測(cè)器(或更好的)有效載荷。這個(gè)儀器能夠探測(cè)到黑洞J1820發(fā)出的x射線，該黑洞以伴星為食。黑洞位于獅子座，距離地球約1萬(wàn)光年，最早由歐洲航天局的蓋亞任務(wù)發(fā)現(xiàn)。
2018年3月11日，這個(gè)黑洞突然爆發(fā)，成為x射線天空中最亮的天體之一。當(dāng)然，并不是黑洞本身突然爆發(fā)，而是圍繞著黑洞的吸積盤，由伴星偷來(lái)的物質(zhì)組成。這種物質(zhì)在周圍旋轉(zhuǎn)，被環(huán)境的強(qiáng)大壓力和磁性加熱。這就產(chǎn)生了x射線輻射，它被日冕包圍，日冕是亞原子粒子加熱到10億攝氏度的區(qū)域。磁盤的不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致崩潰，就像雪崩從山上落下，釋放出大量的輻射。天文學(xué)家想要研究的正是吸積盤內(nèi)邊緣。由圓盤塌陷引起的耀斑，它向各個(gè)方向釋放x射線，但x射線也穿過(guò)圓盤，以不同的波長(zhǎng)和強(qiáng)度反射。
天文學(xué)家能夠看到黑洞和吸積盤之間的距離在耀斑事件中似乎沒(méi)有改變，但是周圍的日冕確實(shí)發(fā)生了巨大變化，從160千米縮小到16千米。2014年1月，天文學(xué)家在M82星系發(fā)現(xiàn)了一顆超新星。這顆超新星名為SN 2014J，屬于1a型超新星，其中一顆白矮星從伴星上竊取物質(zhì)。當(dāng)質(zhì)量達(dá)到太陽(yáng)的1.4倍時(shí)，就會(huì)爆炸——從數(shù)百萬(wàn)光年外就能清楚地看到。距離太陽(yáng)系只有1100萬(wàn)光年，這是天文學(xué)家40年來(lái)所見(jiàn)過(guò)離地球最近的1a型超新星，這是用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行研究的絕佳機(jī)會(huì)。
哈勃在超新星爆炸10個(gè)月后觀察了這一區(qū)域，然后在兩年后再次觀察?？梢郧宄乜吹奖óa(chǎn)生輻射穿過(guò)周圍的物質(zhì)，以光速照亮它。天文學(xué)家估計(jì)，這片由氣體和塵埃組成的區(qū)域圍繞著這顆死星延伸了大約300至1600光年，每年都會(huì)被超新星爆炸產(chǎn)生的反射光照亮一光年。事實(shí)上，天文學(xué)家已經(jīng)看到這種情況發(fā)生了超過(guò)15次，但這是所能看到的最高分辨率?？紤]星系合并過(guò)程中觀測(cè)到的碰撞情況，較大星系ShaSS 073的核心有一個(gè)活躍超大質(zhì)量黑洞，這使得它非常明亮。
質(zhì)量較小的星系被稱為ShaSS 622，輻射正從超大質(zhì)量黑洞周圍的吸積盤中傾瀉出來(lái)，對(duì)較小的星系進(jìn)行轟擊，使其在吸收并重新發(fā)出光線時(shí)發(fā)出光芒。在圖中是一個(gè)小點(diǎn)，但它在太空中有18億平方光年。但奇怪的是：根據(jù)計(jì)算，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)它沒(méi)有足夠的輻射使它發(fā)出如此明亮的光。相反，這次爆發(fā)發(fā)生在3萬(wàn)年前，當(dāng)時(shí)的星系核心要明亮得多，而現(xiàn)在只能看到反射光。光速恒定這一事實(shí)對(duì)探索宇宙非常有幫助，即使是在它發(fā)出回聲的時(shí)候。
博科園｜研究/來(lái)自：Fraser Cain/Universe Today
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