Hay tres maneras en las que puedo imaginar, el tiempo de resolución está limitada: tiempo de integración, la dispersión y la intrínseca ancho.
El Tiempo De Integración
Una de estas maneras que usted ya eliminado: Dim fuentes se necesita más integración veces para superar las estadísticas de Poisson/ruido de lectura/etc. para activar la detección de todos.
La dispersión
La teoría de la
La segunda forma es la más directa. Como se discutió en otra respuesta, el pulso se ampliará en el tiempo en un medio dispersivo. Mientras que no habrá dispersión en perfecto vacío,1 en el medio interestelar (ISM) no tienen cargas libres, y así es dispersivo en cierta medida.
Una buena explicación de esto se puede encontrar en cualquier texto en el ISM, tales como [1], cuyos puntos salientes, ampliaré aquí. La dispersión de la relación entre el número de onda $k$, y una frecuencia $\omega$ (en radianes por segundo) para un plasma está dada por
$$ c^2 k^2 = \omega^2 - \omega_\mathrm{p}^2, $$
donde $\omega_\mathrm{p} = \sqrt{4\pi n_\mathrm{e} e^2/m_\mathrm{e}}$ es la frecuencia plasmática (en CGS!) en términos de número de electrones de la densidad de $n_\mathrm{e}$, la carga del electrón $e$, y la masa del electrón $m_\mathrm{e}$. La velocidad de grupo es
$$ v_\mathrm{g} = \left\lvert \frac{\mathrm{d}\omega}{\mathrm{d}k} \right\rvert = c \sqrt{1 - \left(\frac{\omega_\mathrm{p}}{\omega}\right)^2}. $$
El tiempo de viaje a través de una distancia $D$ es simplemente
$$ t = \int_0^D \frac{1}{v_\mathrm{g}} \, \mathrm{d}x. $$
Ahora desde $\omega_\mathrm{p}$ corresponde a (circular) frecuencias $\nu$ menos de $10\ \mathrm{kHz}$ a los electrones de las densidades de $1\ \mathrm{cm}^{-3}$, a menudo tenemos a $\omega \gg \omega_\mathrm{p}$.2 Con esta aproximación, podemos escribir
$$ t \approx \frac{1}{c} \int_0^D \left(1 + \frac{1}{2} \left(\frac{\omega_\mathrm{p}}{\omega}\right)^2\right) \, \mathrm{d}x = \frac{D}{c} + \frac{2\pi e^2}{cm_\mathrm{e}\omega^2} \mathrm{DM}, $$
donde
$$ \mathrm{DM} = \int_0^D n_\mathrm{e} \, \mathrm{d}x $$
es conocida como la dispersión, medida a lo largo de la línea de visión. La propagación en los tiempos de llegada se ve entonces a obedecer
$$ \Delta t \approx -\frac{4\pi e^2\mathrm{DM}}{cm_\mathrm{e}} \omega^{-3} \Delta\omega = -\frac{e^2\mathrm{DM}}{\pi cm_\mathrm{e}} \nu^{-3} \Delta\nu. \tag{1} $$
Aquí el signo negativo indica que a mayores frecuencias se llega antes.
Conectar los Números
Una línea típica de vista de terminación en nuestra propia galaxia tiene una medida de dispersión de algo como $100\ \mathrm{pc}/\mathrm{cm}^3$. Si se trata de fuentes en otras galaxias, no será aportar una contribución similar de las otras galaxias' ISM, así como una contribución del medio intergaláctico. Este último valor puede exceder $1000\ \mathrm{pc}/\mathrm{cm}^3$ de galaxias muy lejanas.3
Con esto en mente, podemos reescribir (1)
$$ \Delta t \approx (0.8\ \mathrm{s}) \left(\frac{\mathrm{DM}}{100\ \mathrm{pc}/\mathrm{cm}^3}\right) \left(\frac{\nu}{1\ \mathrm{GHz}}\right)^{-2} \frac{\Delta\nu}{\nu}. \tag{2} $$
Claramente las frecuencias más bajas que sufrirán más dispersión.
En el millimeter/submillimeter régimen, una matriz como ALMA puede registrar los datos en el $\nu = 110\ \mathrm{GHz}$ banda con una resolución de $\nu/\Delta\nu = 3\times10^{7}$. Un solo canal, por consiguiente, será ampliado en el tiempo por $\Delta t \approx 2\times10^{-12}\ \mathrm{s}$ en este caso, lo suficientemente pequeño para que el tiempo de integración y otros efectos abrumadoramente dominan.
Vale la pena mencionar que incluso los púlsares de milisegundo' pulsos están mucho más extendidas en la frecuencia y el tiempo de los números de arriba. Para una revisión exhaustiva de los púlsares de milisegundo, véase [2]. En particular, la Figura 6 de ese artículo muestra un pulso del púlsar B1356-60 (período $128\ \mathrm{ms}$, $DM = 295\ \mathrm{pc}/\mathrm{cm}^3$) como se detecta en casi $100$ canales de$1.24\ \mathrm{GHz}$$1.52\ \mathrm{GHz}$. A través de la totalidad de la banda, el pulso se dispersa con un ancho de casi la mitad de un segundo. Cada canal, sin embargo, ve un pulso que dura alrededor de $10\ \mathrm{ms}$. Así vemos que la mayor resolución espectral combate la dispersión.
¿Cuán lejos hemos empujado a esta técnica? En [3] el informe de los autores para resolver el pulso de la estructura de el púlsar del Cangrejo de las emisiones a la milésima de segundo en el tiempo. (Figura 21 en [2] se muestra estos resultados.) Se mencionan otras dos posibles fuentes de pulso ampliación - rotación de Faraday y la longitud de la ruta diferencias debido a la dispersión, pero decir que estos no son limitantes. Para superar la dificultad de la construcción de un instrumento con muy alta resolución espectral (2) implicaría, pasar la señal a través de un filtro digital con una función de transferencia diseñado para negar la dispersión, el llamado "coherente dispersión de la eliminación de la técnica."
Intrínseca De Los Plazos
La tercera forma en la que los datos útiles se tiene un tiempo límite de resolución gira en torno al hecho de que simplemente no puede ser no hay cambios significativos en cortas escalas de tiempo suficiente. Parte de la razón por la cual [3]), se consideró interesante es que uno tiene que empujar teorías bastante duro para encontrar una manera de que la masa de un objeto astrofísico puede someterse a cambios coordinados tan rápidamente. Después de todo, incluso la luz tendrá varios microsegundos, al menos, para cruzar el diámetro de una estrella de neutrones, y nada energético y menor de una estrella de neutrones tiende a colapsar en un agujero negro.
De hecho, es más a menudo el caso en los sistemas astrofísicos que algunos de evento observado que ocurre tan pronto como se sabe que puede suceder. Dicho de otra manera, sólo un poco artificioso y poco probable que los sistemas físicos pueden distribuir información internamente y, a continuación, sólo después de responder de manera dramática a la información de todos a la vez.
Poner este principio en uso, se puede ver que los plazos de la pena investigar tienden a ser más largas a medida que los tamaños de las fuentes se hacen más grandes. Un ejemplo de ello se encuentra en la reverberación de asignación de núcleos galácticos activos. En esa técnica, las nubes orbitando el agujero negro supermasivo central y su disco de acreción son iluminados por las erupciones de la actividad en el motor central. Estas nubes (que comprende la amplia línea de región) en órbita en aproximadamente el $100\ \mathrm{AU}$, y la geometría de la situación de los diferentes medios de nubes son vistos por nosotros a la luz en momentos diferentes. Hay muchas cosas fascinantes que usted puede hacer con esta información (ver [4] para una revisión), pero el llevar el mensaje de que a veces las cosas simplemente tomar un largo tiempo para cambiar, sobre todo cuando están tan lejos que sólo podemos verlos porque son grandes.
Conclusión
En muchos casos nuestro tiempo de resolución es limitada solamente por el equipo de una manera o de otra. Pero en ciertos regímenes hay bastante dispersión para ser notado, y no es lo suficientemente rápido como fuente a la atención, y por lo que empuja para una resolución superior. Como resultado de ello, existen sistemas cuyas escalas de tiempo de nanosegundos se han observado.
Finalmente, con respecto a algunos de los ejemplos que se dan en la pregunta:
- Exoplaneta en tránsito escalas de tiempo solía ser establecido por la duración (velocidad orbital, dividido por el estelar de diámetro, o la mitad de un día para la Tierra). Ahora los astrónomos medir regularmente el ingreso y salida, que el planeta necesita para mover su propio diámetro (varios minutos para que la Tierra). Fase de plegamiento es el truco que hace que sea fácil-si usted obtiene para mantener re-viendo repeticiones idénticas de un mismo evento, en realidad no hay ningún límite a su tiempo de resolución.4
- Mientras que la grabación final, el colapso, y/o de rebote fases en las supernovas puede muy bien suceder en el sub-segunda escalas de tiempo, las cosas no son directamente visibles. Por el contrario, sólo ver estas explosiones mucho después de que han salido. Típico de los plazos son de días a semanas para ver a estos eventos de la caries. Si le sucede a coger uno muy temprano (antes de brillo máximo, pero aún después de la explosión inicial), puede ver notable variación en el plazo de horas.
- Es interesante que las lunas se han educado en esta discusión de "tiempo-dominio de la astronomía", como es llamado. Yo diría que el primer moderno de dominio de tiempo de observación astronómica fue Rømer la determinación de la velocidad de la luz. Viendo cuando Io era eclipsado por Júpiter (en realidad, cuando Io entró y salió de Júpiter sombra, ya que este es un muy brusca transición) durante un largo período de tiempo, uno puede predecir con precisión cuando el siguiente evento ocurra. Sin embargo, la variación de la distancia entre Júpiter y la Tierra de los resultados en los eclipses que aparecen varios minutos, temprano o tarde.
1 algunos intentos en la gravedad cuántica predecir vacío velocidades de propagación de los fotones que dependen de la energía. Muy duras restricciones a esta violación de la invariancia de Lorentz se han obtenido con las observaciones astronómicas. Por ejemplo, en [5] se ha informado de que la detección de los fotones a través de una muy amplia gama de energías a partir de una explosión de rayos gama fueron coincidentes en un segundo. Dado que los fotones viajan por más de $7$ miles de millones de años, esto muestra el nivel de la observación de que tales efectos pueden ser en la mayoría de los pequeños.
2 De hecho, las frecuencias inferiores a la frecuencia plasmática se exponencialmente atenuar en lugar de propagarse a través de la ISM, por lo que uno no puede observar.
3 discutí el problema inverso, el uso de anchos de pulso para encontrar medidas de dispersión y, por tanto, las distancias, en una respuesta a otra pregunta.
4 Este es el mismo método para lograr la increíblemente alta resolución de tiempo en "femto-fotografía."
[1] Bruce T. Draine. La física de los Interestelar y Medio Intergaláctico. Princeton, 2011.
[2] R. Duncan Lorimer. "Binario y los Pulsares de Milisegundo." Vivo Comentarios en la Relatividad, 11, 2008.
[3] T. H. Hankins et al. "Nanosegundos radio ráfagas de fuerte turbulencia plasma en el púlsar del Cangrejo." La naturaleza, 422, 2003.
[4] B. M. Peterson y K. Horne. "Echo de asignación de núcleos galácticos activos." Astronomische Nachrichten, 325, 2004. (preprint aquí)
[5] A. A. Abdo et al. "Un límite a la variación de la velocidad de la luz derivadas de los efectos de la gravedad cuántica." La naturaleza, 462, 2009. (preprint aquí)
