Quando a refração óptica é importante na astronomia?

Quais são os sistemas / modelos astrofísicos comumente importantes, nos quais a refração óptica é importante ou necessária?

Peço que não considerem a refração na atmosfera da Terra ou a instrumentação interna nesta pergunta.

Comentário: As lentes gravitacionais são diferentes da refração óptica, mesmo que afetem os caminhos da luz. Gostaria de pedir aos autores que evitem mencioná-lo a seguir.

radiative-transfer

— Alexey Bobrick
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você quer dizer refração em telescópios / instrumentos ou quando a luz é criada e viaja em nossa direção?

— Francesco Montesano

@FrancescoMontesano: Obrigado, é relevante! Quero dizer refração astrofísica, não instrumental.

— Alexey Bobrick

Respostas:

A refração óptica está relacionada à mudança na direção de um raio de luz quando o índice de refração muda. Excluindo as atmosferas e instrumentos da Terra, acho que a refração tem pouco / nenhum impacto na astronomia.

Os únicos casos que me vêm à mente em que podemos (provavelmente) ter alguma refração importante são binários estelares eclipsantes ou quase periféricos em sistemas planetários. Vamos imaginar um planeta em trânsito atrás de sua estrela. Parte da luz passa pela atmosfera estelar e é refratada. Como a atmosfera é curvada e provavelmente altera o índice de refração com a altura, ela age como uma lente dispersando (segundo a intuição) a luz do planeta.

Editar Uma descrição semelhante é válida em geral para qualquer objeto que passa atrás de outro que tenha atmosfera.

E existe o Gravitational Lensing (se você me permitir), que tem um impacto muito maior nas observações. Isso é causado pelos raios de luz que dobram a gravidade ao passar perto de galáxias / aglomerados de galáxias (/ estrelas / ...). Uma das diferenças das lentes gravitacionais em relação às lentes padrão é que não há alteração no índice de refração, portanto é acromático (todos os comprimentos de onda são dobrados pelo mesmo ângulo).

O índice efetivo de refração pode ser descrito como (fonte: Narayan e Bartelmann (pdf)): onde é o potencial gravitacional e geralmente é uma função da posição do objeto.

n = 1 + \frac{2}{c^{2}} | Φ |

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

Φ

$\Phi$

A lente gravitacional é canonicamente dividida em três grupos:

Lentes fortes, geralmente observadas em aglomerados de galáxias ou ao redor de galáxias massivas. O potencial gravitacional é tão forte que a imagem de uma galáxia de fundo é fortemente distorcida em arcos e anéis, como nesta impressionante imagem de Abell 2218 do HST:

_{(fonte: hubblesite.org )}
Lentes fracas. A luz de uma galáxia encontra matéria (e muita matéria escura) viajando até nós e é refratada. Isso não tem um efeito dramático como nas lentes fortes, mas distorce a forma da galáxia. E essa distorção pode ser usada para estudar, por exemplo, a distribuição de matéria escura em torno de algum objeto ou o conteúdo do universo.
Micro lentes. Imagine observar uma estrela e, de alguma forma, saber que uma gota de matéria escura passará na frente da estrela. O blob não é grande o suficiente para distorcer a forma da estrela, mas com certeza aumentará em uma pequena quantidade a luminosidade da estrela.

— Francesco Montesano
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Muito obrigado! A refração da luz dos planetas em trânsito parece um bom exemplo para mim. As lentes gravitacionais, no entanto, mesmo se comportando efetivamente como refração, têm uma natureza diferente da refração óptica. Eu acho que os planetas não são os únicos casos. Por exemplo, o meio interestelar ou intergaláctico pode ser refrativo em algum comprimento de onda.

— Alexey Bobrick

Além disso, estou curioso para saber se existe algum motivo físico que possa substanciar essa afirmação "Eu acho que a refração tem pouco / nenhum impacto na astronomia"?

— Alexey Bobrick

@AlexeyBobrick. Eu sei que a lente gravitacional não é refração (foi por isso que escrevi if you allow me), mas é o maior efeito que parece refração. Estou procurando algumas informações sobre refração interestelar / intergaláctica, por isso provavelmente atualizarei minha resposta em breve. Sobre "I think that refraction has little/no impact in astronomy": o principal motivo é que não me lembro de nenhuma palestra / artigo / discussão sobre refração. E se fosse um problema, seria importante para a cosmologia (meu campo).

— Francesco Montesano

Francamente, também não me lembro de muitas conversas / trabalhos mencionando refração. No entanto, acredito que seria realmente interessante encontrar uma explicação física para isso. Além das coisas mencionadas, também pode ter havido alguns efeitos na transferência de radiação nos AGN tori, dos quais ouvi falar, mas terei que procurar por isso.

— Alexey Bobrick

@FrancescoMontesano Absolutamente - acredito que estamos no mesmo campo (cosmologia com lentes) e ajuda ter mais de uma pessoa respondendo a perguntas e melhorando as respostas sempre que puder. Ninguém se lembra de tudo em seu campo e é bom ser lembrado das coisas.

— astromax

Aqui está um artigo que descobri que fala sobre o índice de refração da matéria escura (diferente das lentes gravitacionais) e como um sinal pode atenuar. O artigo é intitulado "Restrições da matéria escura de um índice cósmico de refração" , e aqui está o resumo:

Os candidatos à matéria escura da física de partículas possuem invariavelmente interações eletromagnéticas, mesmo que apenas por meio de flutuações quânticas. Tomada em massa, a matéria escura pode assim gerar um índice de refração que se desvia do seu valor de vácuo. Sua presença é sinalizada através de efeitos dependentes da frequência na propagação e atenuação da luz. Discutimos restrições teóricas sobre a expansão do índice de refração com frequência, a interpretação física dos termos e as observações particulares necessárias para isolar seus coeficientes. Isso, com o advento de novas oportunidades para visualizar rajadas de raios gama em escalas cosmológicas de distância, nos fornece uma nova sonda de matéria escura e uma nova possibilidade para sua detecção direta.

Para ser sincero, eu realmente não entendo como as flutuações quânticas da matéria escura podem produzir esse efeito. Além dos efeitos instrumentais ou atmosféricos (e considerações teóricas), sinceramente não me lembro da refração que tenha surgido como um efeito importante.

— astromax
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Também não posso dizer. Isso é muito interessante, obrigado!

— Alexey Bobrick

Ao observar uma fonte de luz ou ondas de rádio que passam pela borda da atmosfera de um planeta, a flexão e o atraso (ambos devido à menor velocidade da luz na matéria em comparação com o vácuo) podem ser usados para analisar essa atmosfera.

As quatro respostas para a pergunta Quando os cientistas planetários perceberam que a pressão da superfície de Vênus era quase 100x maior que a da Terra? Como eles descobriram? demorará um pouco para navegar, mas vale a pena.

Ao usar uma onda portadora monocromática, é possível detectar a densidade integrada pelos atrasos totais da fase (número de ciclos) que se acumulam à medida que o feixe passa por camadas cada vez mais espessas.

Estes são dessa resposta:

Fonte

acima: O prato Stanford de 150 pés usado para transmitir os sinais de dupla frequência ao Mariner 5 para as medições de ocultação por rádio de sua densidade atmosférica. De instartupland.com 1 , 2 , 3 .

Tenho certeza de que a refração de rádio foi usada para estudar a atmosfera de gigantes gasosos como Júpiter e Saturno, mas ainda não sei se a refração óptica já foi modelada. Isto é da pergunta (atualmente não respondida): Refração pela atmosfera de Saturno - quão densa é aqui?

acima: parte cortada da imagem Cassini da NASA daqui

— uhoh
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