¿Cuándo es importante la refracción óptica en astronomía?

¿Cuáles son los sistemas / modelos astrofísicos comúnmente importantes, donde la refracción óptica es importante o necesaria para tener en cuenta?

Le pediría amablemente que no considere la refracción en la atmósfera de la Tierra o la instrumentación interna en esta pregunta.

Comentario: la lente gravitacional es diferente de la refracción óptica a pesar de que afecta los caminos de luz. Me gustaría pedirles a los autores que eviten mencionarlo a continuación.

La refracción óptica está relacionada con el cambio en la dirección de un rayo de luz cuando cambia el índice de refracción. Excluyendo las atmósferas e instrumentos de la Tierra, creo que la refracción tiene poco o ningún impacto en astronomía.

Los únicos casos que me vienen a la mente en los que podemos (probablemente) tener una refracción importante son eclipsar los binarios de las estrellas o el borde cercano de los sistemas planetarios. Imaginemos un planeta en tránsito detrás de su estrella. Parte de su luz atraviesa la atmósfera estelar y se refracta. A medida que la atmósfera es curva y probablemente cambia el índice de refracción con la altura, actúa como una lente que dispersa (la intuición lo dice) la luz del planeta.

Editar Una descripción similar se mantiene en general para cualquier objeto que pase detrás de otro que tenga atmósfera.

Y existe la lente gravitacional (si me lo permite), que tiene un impacto mucho mayor en las observaciones. Esto es causado por la luz que dobla los rayos de luz al pasar cerca de galaxias / cúmulos de galaxias (/ estrellas / ...). Una de las diferencias de la lente gravitacional con respecto a las lentes estándar es que no hay cambios en el índice de refracción, por lo que es acromático (todas las longitudes de onda se doblan en el mismo ángulo).

El índice efectivo de refracción se puede describir como (fuente: Narayan y Bartelmann (pdf)):

La lente gravitacional se divide canónicamente en tres grupos:

1. Lentes fuertes, generalmente observadas en cúmulos de galaxias o alrededor de galaxias masivas. El potencial gravitacional es tan fuerte que la imagen de una galaxia de fondo está muy distorsionada en arcos y anillos, como en esta sorprendente imagen de Abell 2218 del HST:

   
   _{(fuente: hubblesite.org )}

2. Lentes débiles. La luz de una galaxia encuentra materia (y mucha materia oscura) viajando hacia nosotros y se refracta. Esto no tiene un efecto dramático como en lentes fuertes, pero distorsiona la forma de la galaxia. Y esta distorsión se puede utilizar para estudiar, por ejemplo, la distribución de la materia oscura alrededor de algún objeto o el contenido del universo.

3. Micro lentes. Imagine observar una estrella y saber de alguna manera que una gota de materia oscura va a pasar frente a la estrella. La burbuja no es lo suficientemente grande como para distorsionar la forma de la estrella, pero seguramente aumentará en una pequeña cantidad la luminosidad de la estrella.

Aquí hay un artículo que encontré que habla sobre el índice de refracción de la materia oscura (diferente de la lente gravitacional) y cómo podría atenuarse una señal. El documento se titula "Restricciones de materia oscura de un índice cósmico de refracción" , y aquí está el resumen:

Los candidatos de materia oscura de la física de partículas poseen invariablemente interacciones electromagnéticas, aunque solo sea a través de fluctuaciones cuánticas. Tomado en masa, la materia oscura puede generar un índice de refracción que se desvía de su valor de vacío. Su presencia se señala a través de efectos dependientes de la frecuencia en la propagación y atenuación de la luz. Discutimos las restricciones teóricas sobre la expansión del índice de refracción con frecuencia, la interpretación física de los términos y las observaciones particulares necesarias para aislar sus coeficientes. Esto, con el advenimiento de nuevas oportunidades para ver explosiones de rayos gamma a escalas de distancia cosmológica, nos brinda una nueva sonda de materia oscura y una nueva posibilidad para su detección directa.

Para ser honesto, realmente no entiendo cómo las fluctuaciones cuánticas de la materia oscura podrían producir tal efecto. Aparte de los efectos instrumentales o atmosféricos (y las consideraciones teóricas), honestamente, no recuerdo que la refracción aparezca como un efecto importante.

Al observar una fuente de luz u ondas de radio que pasan a través del borde de la atmósfera de un planeta, la flexión y el retraso (ambos debido a la menor velocidad de la luz en la materia en comparación con el vacío) se pueden utilizar para analizar esa atmósfera.

Las cuatro respuestas a la pregunta ¿ Cuándo se dieron cuenta los científicos planetarios de que la presión de la superficie de Venus era casi 100 veces mayor que la de la Tierra? ¿Cómo se enteraron? Tomará un poco de tiempo para navegar, pero valen la pena.

Al usar una onda portadora monocromática, se puede detectar la densidad integrada por los retrasos totales de fase (número de ciclos) que se acumulan a medida que el haz pasa a través de capas cada vez más gruesas.

Estos son de esa respuesta:

Fuente

arriba: El plato Stanford de 150 pies se utiliza para transmitir las señales de frecuencia dual al Mariner 5 para las mediciones de ocultación de radio de su densidad atmosférica. Desde instartupland.com 1 , 2 , 3 .

Estoy bastante seguro de que la refracción de radio se ha utilizado para estudiar las atmósferas de los gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno, pero aún no sé si la refracción óptica se ha modelado todavía. Esto es de la pregunta (actualmente sin respuesta) Refracción por la atmósfera de Saturno: ¿qué tan denso es aquí?

arriba: parte recortada de la imagen Cassini de la NASA desde aquí