Quand la réfraction optique est-elle importante en astronomie?

Quels sont les systèmes / modèles astrophysiques généralement importants, pour lesquels la réfraction optique est importante ou nécessaire à prendre en compte?

Je vous demanderais de bien vouloir ne pas considérer la réfraction dans l'atmosphère terrestre ou à l'intérieur de l'instrumentation dans cette question.

Commentaire: La lentille gravitationnelle est différente de la réfraction optique même si elle affecte les trajets lumineux. Je voudrais demander aux auteurs d'éviter de le mentionner dans ce qui suit.

radiative-transfer

— Alexey Bobrick
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vous voulez dire la réfraction dans les télescopes / instruments ou lorsque la lumière est créée et se déplace vers nous?

— Francesco Montesano

@FrancescoMontesano: Merci, c'est pertinent! Je veux dire la réfraction astrophysique et non instrumentale.

— Alexey Bobrick

Réponses:

La réfraction optique est liée au changement de direction d'un rayon lumineux lorsque l'indice de réfraction change. En excluant les atmosphères et les instruments de la Terre, je pense que la réfraction a peu ou pas d'impact en astronomie.

Le seul cas qui me vient à l'esprit où nous pouvons (probablement) avoir une réfraction importante est celui des éclipses d'étoiles binaires ou du bord proche sur les systèmes planétaires. Imaginons une planète transitant derrière son étoile. Une partie de sa lumière traverse l'atmosphère stellaire et se réfracte. Comme l'atmosphère est incurvée et modifie probablement l'indice de réfraction avec la hauteur, elle agit comme une lentille dispersant (l'intuition le dit) la lumière de la planète.

Modifier Une description similaire vaut en général pour tout objet passant derrière un autre qui a une atmosphère.

Et il y a la lentille gravitationnelle (si vous me le permettez), qui a un impact beaucoup plus important sur les observations. Ceci est causé par les rayons de lumière pliant par gravité lors du passage à proximité de galaxies / amas de galaxies (/ étoiles / ...). L'une des différences de la lentille gravitationnelle par rapport aux lentilles standard est qu'il n'y a pas de changement d'indice de réfraction, donc c'est achromatique (toutes les longueurs d'onde sont courbées du même angle).

L'indice de réfraction efficace peut être décrit comme (source: Narayan et Bartelmann (pdf)): où est le potentiel gravitationnel et est généralement fonction de la position de l'objet.

n = 1 + \frac{2}{c^{2}} | Φ |

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

Φ

$\Phi$

La lentille gravitationnelle est divisée canoniquement en trois groupes:

Forte lentille, généralement observée dans les amas de galaxies ou autour de galaxies massives. Le potentiel gravitationnel est si fort que l'image d'une galaxie de fond est fortement déformée en arcs et anneaux, comme dans cette image saisissante d'Abell 2218 de HST:

_{(source: hubblesite.org )}
Lentille faible. La lumière d'une galaxie rencontre de la matière (et beaucoup de matière noire) voyageant vers nous et se réfracte. Cela n'a pas un effet dramatique comme dans les lentilles fortes, mais déforme la forme de la galaxie. Et cette distorsion peut être utilisée pour étudier, par exemple, la distribution de la matière noire autour d'un objet ou le contenu de l'univers.
Micro lentille. Imaginez-vous pour observer une étoile et savoir en quelque sorte qu'une goutte de matière noire va passer devant l'étoile. Le blob n'est pas assez grand pour déformer la forme de l'étoile, mais il est certain qu'il augmentera légèrement la luminosité de l'étoile.

— Francesco Montesano
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Merci beaucoup! La réfraction de la lumière des planètes en transit me semble être un bon exemple. La lentille gravitationnelle, cependant, se comportant même efficacement comme la réfraction, a une nature différente de la réfraction optique. Je suppose que les planètes ne sont pas les seuls cas, cependant. Par exemple, un milieu interstellaire ou intergalactique peut être réfractif à une certaine longueur d'onde.

— Alexey Bobrick

Aussi, je suis curieux de savoir si vous connaissez une raison physique qui pourrait justifier cette affirmation "Je pense que la réfraction a peu / pas d'impact en astronomie"?

— Alexey Bobrick

@AlexeyBobrick. Je sais que la lentille gravitationnelle n'est pas la réfraction (c'est pourquoi j'ai écrit if you allow me), mais c'est le plus grand effet qui ressemble à la réfraction. Je recherche des informations sur la réfraction du milieu interstellaire / intergalactique, donc je mettrai probablement à jour ma réponse bientôt. À propos "I think that refraction has little/no impact in astronomy": la principale raison est que je ne me souviens d'aucun discours / article / discussion sur la réfraction. Et si c'était un problème, ce serait important pour la cosmologie (mon domaine).

— Francesco Montesano

Franchement, je ne me souviens pas non plus de trop de discussions / articles mentionnant la réfraction. Cependant, je pense qu'il serait vraiment intéressant d'en trouver une explication physique. Mis à part les éléments mentionnés, il peut y avoir également eu des effets sur le transfert de rayonnement dans AGN tori dont j'ai entendu parler, mais je devrai le vérifier.

— Alexey Bobrick

@FrancescoMontesano Absolument - je crois que nous sommes dans le même domaine (cosmologie avec lentille) et cela aide d'avoir plus d'une personne répondant aux questions et améliorant les réponses quand elles le peuvent. Personne ne se souvient de tout dans son domaine et c'est agréable de se rappeler des choses.

— astromax

Voici un article que j'ai trouvé qui parle de l'indice de réfraction de la matière noire (différent de la lentille gravitationnelle) et de la façon dont un signal peut s'atténuer. L'article est intitulé "Contraintes de matière noire d'un indice cosmique de réfraction" , et voici le résumé:

Les candidats à la matière noire de la physique des particules possèdent invariablement des interactions électromagnétiques, ne serait-ce que par le biais de fluctuations quantiques. Prise en masse, la matière noire peut ainsi engendrer un indice de réfraction qui s'écarte de sa valeur de vide. Sa présence est signalée par des effets dépendants de la fréquence dans la propagation et l'atténuation de la lumière. Nous discutons des contraintes théoriques sur l'expansion de l'indice de réfraction avec la fréquence, l'interprétation physique des termes et les observations particulières nécessaires pour isoler ses coefficients. Ceci, avec l'avènement de nouvelles opportunités pour visualiser les sursauts gamma à des échelles de distance cosmologiques, nous donne une nouvelle sonde de matière noire et une nouvelle possibilité pour sa détection directe.

Pour être honnête, je ne comprends pas vraiment comment les fluctuations quantiques de la matière noire peuvent produire un tel effet. Mis à part les effets instrumentaux ou atmosphériques (et les considérations théoriques), je ne me souviens honnêtement pas que la réfraction ait jamais été un effet important.

— astromax
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Je ne peux pas encore le dire non plus. C'est très intéressant, merci!

— Alexey Bobrick

En observant une source de lumière ou d'ondes radio qui traversent le bord de l'atmosphère d'une planète, la flexion et le retard (tous deux dus à la vitesse plus faible de la lumière dans la matière par rapport au vide) peuvent être utilisés pour analyser cette atmosphère.

Les quatre réponses à la question Quand les scientifiques planétaires ont-ils réalisé que la pression de surface de Vénus était presque 100 fois supérieure à celle de la Terre? Comment l'ont-ils découvert? prendra un peu de temps à parcourir, mais ils en valent la peine.

En utilisant une onde porteuse monochromatique, on peut détecter la densité intégrée par les retards de phase totaux (nombre de cycles) qui s'accumulent lorsque le faisceau traverse des couches de plus en plus épaisses.

Ce sont de cette réponse:

La source

ci-dessus: La parabole de 150 pieds de Stanford utilisée pour transmettre les signaux bi-fréquence à Mariner 5 pour les mesures de radio-occultation de sa densité atmosphérique. Sur instartupland.com 1 , 2 , 3 .

Je suis à peu près sûr que la réfraction radio a été utilisée pour étudier les atmosphères de géantes gazeuses comme Jupiter et Saturne, mais je ne sais pas encore si la réfraction optique a encore été modélisée. Cela vient de la question (actuellement sans réponse) Réfraction par l'atmosphère de Saturne - quelle est sa densité ici?

ci-dessus: portion recadrée de l'image Cassini de la NASA d'ici

— uhoh
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