КОСМИЧЕСКИЕ ИК ПРОЕКТЫ

КОСМИЧЕСКИЕ ИК ПРОЕКТЫ

Н.В. Вощинников

План

1. Электромагнитное излучение: ИК область спектра

2. Что можно наблюдать в ИК диапазоне + ИК объекты

3. Завершенные проекты

4. Активные проекты

5. Будущие проекты

ИК излучение (обнаружение)

• In 1810 Sir Frederick William Herschel made very important discovery.

• Herschel directed sunlight through a glass prism to create a spectrum.

• He measured the temperatures of different colours (from violet to red) and the temperature just beyond the red part of spectrum.

• He found that this region had the highest temperature of all.

Лекция в ЛН, 19.07.2011 4

Электромагнитное излучение: ИК область спектра

Infrared: m (near, mid, far IR, submm)

Лекция в ЛН, 19.07.2011 5

Электромагнитное излучение: ИК область спектра

Электромагнитное излучение: ИК область спектра

Лекция в ЛН, 19.07.2011 7

Что можно наблюдать в ИК диапазоне?

• Нет поглощения и рассеяния в континууме (лишь в near-IR).

В основном видны самосветящиеся объекты.

• Можно наблюдать холодные объекты (max излучения лежит за m).

Continuum (dust emission)

Лекция в ЛН, 19.07.2011 8

Что можно наблюдать в ИК диапазоне? (dust emission)

• Поток ИК излучения от оптически тонкой среды:

Nd – полное число частиц в среде

D – расстояние до объекта

Cem– сечение эмиссии

Bd– функция Планка

Лекция в ЛН, 19.07.2011 9

Что можно наблюдать в ИК диапазоне? (dust temperature)

Равновесная температура

пылинок

вычисляется путем

решения уравнения

баланса поглощенного

и испущенного излучения W – фактор дилюции излучения

Лекция в ЛН, 19.07.2011 10

Что можно наблюдать в ИК диапазоне?

• Lines (gas) and features (dust).

Лекция в ЛН, 19.07.2011 11

Что можно наблюдать в ИК диапазоне?

Эмиссионные (запрещенные) линии атомов и ионов: [S I] m, [S II] m, [O I] m, [C II] m.

Что можно наблюдать в ИК диапазоне?

Лекция в ЛН, 19.07.2011 13

Что можно наблюдать в ИК диапазоне?

Космические ИК объекты

Космические ИК объекты

Космические ИК объекты

Не Космические ИК объекты

Космические ИК проекты

ВАЖНО:-------------------------------------------------------------------• Диапазон длин волн (• Чувствительность и угловое разрешение

• (телескоп + детектор)• Спектральное разрешение Поляризация!-------------------------------------------------------------------

РЕЗУЛЬТАТЫ Проблема: охлаждение

ИК проекты (old)

• IRAS (InfraRed Astronomical Satellite)

1983; 10 months57 cm; 12, 25, 60 and 100 microns

Results

• Detected about 350,000 infrared sources • Discovered 6 new comets • Detected useful infrared data for 2004

asteroids • Detected the zodiacal dust bands • Discovered a disk of dust grains around

the star Vega • Found infrared cirrus (wisps of warm

dust) • Detected ~75,000 starburst galaxies • Detected strong infrared emission from

interacting galaxies

Лекция в ЛН, 19.07.2011 20

Radiation fieldRadi

o IR visual

GammaX-rays

UV

Лекция в ЛН, 19.07.2011 21

Vegamodel

IR excess

ИК проекты (old)

• COBE (Cosmic Background Explorer)

1989; 10 months1.25 - 240 microns

Results• measured the cosmological

microwave background radiation

• The most significant result was the discovery of very small fluctuations (order 0.0001, 10^{-5}) in the background.

Лекция в ЛН, 19.07.2011 23

Large scale distribution (<<)

ZL

Лекция в ЛН, 19.07.2011 24

Large scale distribution (>>)

ИК проекты (old)

• ISO (Infrared Space Observatory)

1995; 24 + 5 months60 cm; 2.5 - 240 microns

Results• More than 20 new IR dusty

features.• Crystalline silicates in old

stars.• CO2 in solid state.• New interstellar molecules: HF• ……..

Лекция в ЛН, 19.07.2011 26

холодная пыль (молекулярные облака)

Лекция в ЛН, 19.07.2011 27

неполярные льды (CO2)

Полярные льды (H2O)

Колебательно-вращательные переходы H и других молекул: HO, OH, CO и т.д.

-------------------------------------------------------------------------------

ПРОСХОЖДЕНИЕ: возбуждение уровней ударными волнами и излучением

Лекция в ЛН, 19.07.2011 30

горячая пыль (околозвездные оболочки)

Лекция в ЛН, 19.07.2011 31

10m feature

• •

Самая знаменитая: силикатная полоса с центром около 10 микрон!

Лекция в ЛН, 19.07.2011 32

10мкм полоса: растяжение связи Si - O

•Olivines •(оливково-зеленый цвет) •Mg2xFe2-2xSiO4, 0<=x<=1

•X=1: Mg2SiO4 - forsterite (A.J. Forster – английский коллекционер минералов и торговец)

•X=0: Fe2SiO4- fayalite (место находки о. Фаял, Азорские о-ва)

• Pyroxenes • (от греч. «огонь» + «чужеземец») • MgxFe1-1xSiO3, 0<=x<=1

• X=1: MgSiO3 - enstatite (от греч. «противник», трудно

плавится)

• X=0: FeSiO3- ferrosilite (по составу)

Это – твердые растворы внедрения

ИК проекты (active)

• HST (Hubble Space Telescope)/NICMOS (Near Infra-Red Camera and Multi-Object Spectrometer)

• 1997 (1990)• 2.4 m; 0.8 - 2.5

microns

ИК проекты (‘active’)

SST (Spitzer Space Telescope); former SIRTF (Space Infrared Telescope Facility)

• Launch in August, 25, 2003 + 4 yrs • 85 cm; 3.5-180 microns (images,

spectroscopy, spectrophotometry)

• Goals:

• protoplanetary and planetary debris disks,

• brown dwarfs and super planets, • Ultraluminous galaxies and active

galactic nuclei, • the early universe,• the outer solar system, • early stages of star formation,• the origin of chemical elements.

ИК проекты (‘active’)

Astro-F/IRIS (Infrared Imaging Surveyor)

Japan/Korea/GB/NL Launch in early 2006(+) - 1.5

years 70 cm; 2 – 25 and 50 – 200

microns (near and mid infrared camera and a far infrared scanner)

formation and evolution of galaxies,

star formation, interstellar matter, extra-solar systems.

Лекция в ЛН, 19.07.2011 38

Herschel + Planck: 14.05.2009 (telescope + instruments)

Herschel (2000) former FIRST (Far IR and Submillimeter Space Telescope, 1982-…2009-…)

Лекция в ЛН, 19.07.2011 39

Herschel: instruments

• The Photodetector Array Camera and Spectrometer (PACS) instrument is provided a consortium led by A. Poglitsch, MPE, Garching, Germany.

• The Spectral and Photometric Imaging REceiver (SPIRE) instrument is provided by a

• consortium led by M. Griffin, Cardiff University, UK.

• The Heterodyne Instrument for the Far Infrared (HIFI) instrument is provided by a

• consortium led by F. Helmich, SRON, Groningen, The Netherlands.

Лекция в ЛН, 19.07.2011 40

Herschel: results (Rosette molecular cloud, 2x10^5Msun, 1.6kpc; RCW120, 1.3kpc; AA518, L77)

Лекция в ЛН, 19.07.2011 41

Herschel: results (molecular clouds, AA518, L77)

Spitzer!

Дозвездное ядро Протозвездное ядро

Лекция в ЛН, 19.07.2011 42

Herschel: results (molecular clouds, AA518, L77)

46!

Лекция в ЛН, 19.07.2011 43

Herschel: results (Rosette molecular cloud, AA518, L83,84)

Td=10K

Td=30K

Лекция в ЛН, 19.07.2011 44

Herschel: results (Rosette molecular cloud, AA518, L84)

Spitzer!

Лекция в ЛН, 19.07.2011 45

Herschel: results (Bok globule CB244, AA518,L87)

Глобула: 15 Мsun

Ядро: 5 Мsun

Протозвезда: 1.6 Мsun

~45 % массы глобулы задействовано в звездообразовании

AV=5-25mag.

Лекция в ЛН, 19.07.2011 46

Herschel: results (diffuse + cirrus clouds, AA518,L103)Aquilla + Polaris: filaments! resolution: 0.01pc!

Лекция в ЛН, 19.07.2011 47

Herschel: results (diffuse + cirrus clouds, AA518,L102)Gould Belt: Aquilla + Polaris: protostars! filaments! D<0.5kpc, resolution: 0.01pc!

Лекция в ЛН, 19.07.2011 48

Herschel: results (debris discs, AA518,L130)Vega

=1.01 =1.11

~85AU

Лекция в ЛН, 19.07.2011 49

Herschel: results (planetary nebula, AA518,L137)M57, NGC6720, Ring nebula

!

Лекция в ЛН, 19.07.2011 50

Herschel: results (SNR, AA518,L138)CasA, important large z!

Лекция в ЛН, 19.07.2011 51

Herschel: results (SNR, AA518,L138)CasA, important large z!

Лекция в ЛН, 19.07.2011 52

Herschel: results (SNR, AA518,L138)CasA, important large z!

Лекция в ЛН, 19.07.2011 53

Herschel: results (post AGB/carbon stars, AA518,L140)

Mass loss events:from ~1000 to ~10000 years

Лекция в ЛН, 19.07.2011 54

ИК проекты (future)

SOFIA (Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy)

~2012(?) Boeing 747; 14km; 3 – 4 nights

a week for 20 years. 2.7 m; 0.3 – 1000 microns. Very high spectral and angular

resolution. teachers and students will be

allowed to fly on SOFIA to learn about infrared astronomy.

ИК проекты (SOFIA)

Первый «свет»:

Август 2004: (наблюдения

Полярной с Земли)

Установлена крышка:

Декабрь 2004

ИК проекты (future)

JWST (James Webb Space Telescope); former NGST (Next Generation Space Telescope)

>2012; 5 – 10 years 6.5 m; 0.6 - 28 microns Optical resolution: ~0.1 arc-

seconds. Determine the shape of the

Universe, explain galaxy evolution, understand the birth and

formation of stars, determine how planetary systems

form and interact, determine how the Universe built

up its present chemical/elemental composition,

probe the nature and abundance of Dark Matter.

ИК проекты (future)

Darwin (space infrared interferometer project)

2014 (?) 6 telescopes (1.5 m); near infrared

to detect and analyse Earth-like worlds,

to detect atmospheres on these planets and to search for gases,

to provide images with 10 - 100 times more detail than will be possible even with instruments such as JWST,

to investigate the formation of stars, planets and galaxies,

• to study black holes in the centre of galaxies, including our own.

ИК проекты (future?)

Субмиллиметрон (SUBMIILIMETRON; Submillimeter wave Cryogenic Telescope for the Russian Segment of the International Space Station)

> ….(?) 60 cm; 200 – 2000 microns Special bolometers (very high

sensitivity, Andreev’s effect)

Sky survey, very cold objects, ……

•Telescope diameter: D=0.6 m .

•Wavelengths: submillimeter bands: 0.2- 2 mm .

•Cooling: telescope - 5K, detectors - 0.1-0.25 K .

•Detectors: bolometer arrays 10-18 W/Hz1/2

•Sensitivity of the telescope 3-12 mJy(integration time = 1 s).

•Angular resolution = 1’ - 10'

•ВСЁ!