Quand nous regardons vers l'extérieur dans l'espace, nous regardons en arrière dans le temps. C'est parce que la lumière se déplace à la vitesse de la lumière. Il faut du temps pour que la lumière nous atteigne.

Mais cela devient encore plus étrange que cela. La lumière peut être absorbée, réfléchi, et réémis par les gaz et les poussières, nous donner un deuxième regard.

On les appelle des échos lumineux, et ils permettent aux astronomes une autre façon de comprendre l'univers qui nous entoure.

Nous connaissons tous l'idée d'un écho. Le son voyage dans l'air, se réfléchit sur un objet distant et revient. Vous entendez le son d'origine, puis le son réfléchi. Et de cette réflexion, vous pouvez en apprendre davantage sur la surface réfléchissante. Est-ce proche ou loin ? De quoi est-il fait ?

C'est parce que le son se déplace à une vitesse d'environ 343 mètres par seconde. Léger, d'autre part, se déplace à une vitesse de près de 300, 000 km/s — trop rapide pour que vos yeux voient le reflet, mais dans l'espace, où les objets peuvent avoir plusieurs années-lumière de diamètre, les astronomes peuvent voir des sphères de lumière se déplacer à travers des nuages ​​de gaz et de poussière comme des échos de puissantes éruptions et supernovae.

Le meilleur exemple d'écho lumineux est le radar, utilisé pour faire rebondir les signaux radio sur des objets pour les cartographier. Un radar se compose d'un émetteur pour envoyer les signaux, et un récepteur pour les capturer à nouveau.

Puisque vous savez à quelle vitesse la lumière se déplace, vous pouvez détecter votre impulsion radio qui rebondit sur des objets et l'utiliser pour déterminer à quelle distance tout se trouve de vous.

Ici sur Terre, le radar est utilisé pour la navigation en bateau et en avion, ainsi que le suivi météorologique.

Mais les astronomes utilisent le radar pour trouver les distances des planètes et cartographier les surfaces des astéroïdes. Par exemple, lorsque l'astéroïde 3200 Phaethon s'est approché au plus près de la Terre en décembre 2017, le radio-observatoire d'Arecibo a recueilli des images de sa surface.

Les ondes radio sont la forme parfaite de rayonnement électromagnétique pour détecter les reflets. Lorsque la lumière rebondit sur un objet éloigné, c'est déjà très faible, et il devient plus faible à mesure qu'il revient.

Mais les lasers ont également été utilisés pour mesurer la distance à la lune. Lorsque les astronautes ont atterri sur la lune lors des missions Apollo, ils ont placé des rétroréflecteurs spéciaux sur la surface. Les scientifiques sur Terre peuvent tirer un laser puissant sur les réflecteurs et détecter la lumière réfléchie lorsqu'elle revient. Encore une fois, en connaissant la vitesse à laquelle se déplace la lumière, ils peuvent calculer la distance à la lune en voyant combien de temps il faut à la lumière laser réfléchie pour revenir sur Terre.

Mais pour vraiment profiter de la lumière réfléchie, vous devez aller beaucoup plus lumineux. Comme, la production d'énergie d'une étoile nouvellement formée, une étoile qui explose, ou un trou noir supermassif se nourrissant activement.

La nature libère en permanence des rayonnements électromagnétiques sous forme de lumière visible, rayonnement infrarouge et ondes radio. Et les astronomes ont trouvé des moyens de voir la lumière réfléchie pour faire des découvertes sur l'univers.

Une image que vous connaissez peut-être est la star V838 Monocerotis, situé à environ 20, à 000 années-lumière. Les astronomes essaient toujours de comprendre pourquoi, mais pour une raison quelconque, en 2002, les couches externes de l'étoile supergéante rouge se sont considérablement élargies, ce qui en fait l'étoile la plus brillante de toute la Voie lactée, éclipsant le soleil d'un facteur 600, 000. C'était comme un flash qui explosait soudainement dans une pièce sombre.

Ce n'était pas une nova, dans lequel la matière s'entasse à la surface d'une naine blanche. Et ce n'était pas une supernova, dans lequel une étoile massive explose en fin de vie. C'était autre chose.

Aussi vite que le V838 s'éclaircit, il s'est évanoui. Mais les séquelles de ce flash sont visibles depuis près de deux décennies après l'événement.

Regardez cette animation, composé d'observations distinctes de V838 sur plusieurs années. Ce n'est pas une explosion, c'est la lumière se déplaçant dans une sphère à travers le gaz et la poussière interstellaires entourant l'étoile. En passant à travers la poussière, il se disperse et met un plus long voyage pour arriver sur Terre.

Cet écho lumineux a permis aux astronomes d'étudier la nature de la poussière, qui aurait pu être rejetée par l'étoile il y a longtemps, mais n'était pas visible pour les astronomes sans cette lampe de poche fournie par l'étoile.

Les astronomes ont utilisé des échos lumineux pour étudier la formation de planètes autour d'une jeune étoile. Le télescope spatial Spitzer de la NASA et quatre observatoires au sol ont été utilisés pour mesurer la taille de l'espace entre une étoile nouvellement formée et son disque protoplanétaire.

L'étoile s'appelle YLW 16B, et il est situé à environ 400 années-lumière de la Terre. C'est à peu près la même masse que le soleil, mais il n'a qu'un million d'années, juste un bébé.

Même dans ces puissants observatoires, l'écart protoplanétaire est trop petit pour être mesuré directement. Au lieu, ils ont utilisé des échos lumineux pour obtenir la taille.

Les jeunes étoiles ont une luminosité variable, changer la quantité de lumière qu'ils éteignent de jour en jour. La matière tourbillonne hors du disque protoplanétaire, est pris dans les lignes de champ magnétique de l'étoile, puis tombe sur l'étoile, l'éclairer.

Au fur et à mesure que l'étoile change de luminosité, une partie de cette lumière supplémentaire frappe le disque planétaire, créant un écho que les astronomes peuvent détecter. Puisqu'ils savent à quelle vitesse la lumière va, ils peuvent calculer combien de temps il faut pour que l'éclaircissement atteigne le disque, et quelle est la taille de l'écart.

La lumière met 74 secondes pour atteindre l'écart, ce qui signifie que c'est 0,08 unité astronomique, ou à 12 millions de kilomètres de l'étoile. Juste à titre de comparaison, la distance du soleil à Mercure est d'environ 60 millions de kilomètres.

Récemment, les astronomes ont utilisé des échos lumineux pour étudier l'environnement autour d'un trou noir de masse stellaire. Ils ont utilisé la charge utile Neutron Star Interior Composition Explorer (ou NICER) sur la Station spatiale internationale. Cet instrument a pu détecter les émissions de rayons X d'un trou noir nouvellement découvert appelé J1820, qui se nourrissait d'une étoile compagne.

Le trou noir est situé à environ 10, 000 années-lumière dans la constellation du Lion, et il a été découvert pour la première fois par la mission Gaia de l'Agence spatiale européenne.

Le 11 mars 2018, le trou noir s'est soudainement embrasé, devenant l'un des objets les plus brillants du ciel aux rayons X. Bien sûr, ce n'est pas le trou noir lui-même qui s'est enflammé, c'était le disque d'accrétion qui entoure le trou noir, composé de matériel volé à son étoile compagne.

Ce matériau tourbillonne, chauffé par la pression intense et le magnétisme de l'environnement. Cela génère des rayons X. Il est entouré d'une couronne, une région de particules subatomiques chauffées à 1 milliard de degrés Celsius.

Une instabilité dans le disque peut provoquer un effondrement, comme une avalanche tombant d'une montagne, libérant une rafale de rayonnement. C'est ce bord intérieur du disque d'accrétion que les astronomes voulaient étudier. Encore une fois, vous avez une source d'éclairage, le flare causé par un effondrement du disque. Cela libère des rayons X dans toutes les directions, mais les rayons X traversent aussi le disque, se reflétant vers nous à différentes longueurs d'onde et intensités.

Les astronomes ont pu voir que l'écart entre le trou noir et son disque d'accrétion ne semble pas se déplacer pendant l'un de ces événements d'éruption, mais la couronne environnante change radicalement, rétrécissement passant de 160 km à 16 km.

En janvier 2014, les astronomes ont découvert une nouvelle supernova dans la galaxie M82. Connu sous le nom de SN 2014J, c'était une supernova de type 1a, dans lequel une naine blanche vole de la matière à une étoile compagne. Quand il atteint environ 1,4 fois la masse du soleil, il explose, clairement visible à des millions d'années-lumière.

A seulement 11 millions d'années-lumière, c'était la supernova de type 1a la plus proche que les astronomes aient vue en 40 ans, et c'était l'occasion parfaite d'étudier avec le télescope spatial Hubble.

Hubble a observé la région 10 mois après le déclenchement de la supernova, puis de nouveau deux ans plus tard. Et vous pouvez clairement voir le rayonnement de l'explosion se déplacer à travers le matériau environnant, l'éclairant à la vitesse de la lumière.

Les astronomes estiment que cette région de gaz et de poussière s'étend sur environ 300 à 1, 600 années-lumière autour de l'étoile morte, et il est illuminé une année-lumière par an par la lumière réfléchie de l'explosion de la supernova.

En réalité, les astronomes ont vu cela se produire plus de 15 fois, mais c'était la résolution la plus proche et donc la plus élevée qu'ils aient jamais pu voir.

Allons plus grand. Considérons le cas d'une collision observée entre galaxies en train de fusionner. La plus grande galaxie, ShaSS 073, a un trou noir supermassif qui se nourrit activement en son cœur, ce qui le rend incroyablement lumineux. La galaxie la moins massive s'appelle ShaSS 622.

Le rayonnement sort du disque d'accrétion autour du trou noir supermassif et bombarde la plus petite galaxie, le faisant briller pendant qu'il absorbe puis réémet la lumière. C'est une petite tache dans l'image d'accompagnement, mais c'est 1,8 milliard d'années-lumière carrées dans l'espace.

Mais voici la partie étrange :selon leurs calculs, les astronomes ont découvert qu'il n'y avait pas assez de rayonnement pour le faire briller aussi fort. Au lieu, la poussée s'est produite 30, 000 ans plus tôt, quand le noyau de la galaxie était beaucoup plus brillant, et ils ne voient que la lumière réfléchie maintenant.

Le fait que la lumière se déplace à vitesse constante est extrêmement utile pour explorer l'univers, même quand ça résonne.