Űrtávcsövek. Molnár László MTA CSFK

Átírás

1 Űrtávcsövek Molnár László MTA CSFK 2016

2 Minek? γ Földi légkört kikerülni Röntgen UV IR Optikai ablak (szub)mm mikro UHF VHF HF MF Rádió ablak

3 Minek? Földi légkört kikerülni Légkör hatásai Elnyelés: sok hullámhosszon teljes Közeli infravörösben sávos (H2O, O2, stb) (I) J H K M L

4 Minek? Földi légkört kikerülni Légkör hatásai Elnyelés: sok hullámhosszon teljes Közeli infravörösben sávos (H2O, O2, stb) Airglow, szórt fény: háttér Légköri turbulencia: seeing, szcintilláció

5 Szcintilláció Regulus Mars

6 Hogyan? Első javaslat: Lyman Spitzer, 1946 Szuborbitális repülések (Évtizedek múlva: HST) Nap (1949), Sco X-1 (1962) detektálása 1957 Szputnyik 1968 OAO-2 (Orbiting Astronomical Observatory) első űrtávcső UV műszerek

7 OAO-3 (Copernicus) UV, röntgen Lassú pulzárok felfedezése

8 Apollo-16: Charlie Duke és a Far Ultraviolet Camera

9 Típusok Hullámhossz-tartomány Cél általános, Nap, CMB... Pálya/helyzet föld-, napkörüli pálya L1: Nap, L2: főleg IR távcsövek Megfigyelési mód Obszervatórium: pályázható idő, objektum Felmérés: meghatározott cél, pl. teljes égbolt feltérképezése

10 Gamma távcsövek 1961 Explorer-11: gamma háttér (<100 foton) Vela katonai műholdak GRB-k detektálása 1967, 1973 NASA: HEAO program, Compton (CGRO), Fermi, Swift ESA: INTEGRAL, SZU: Granat Fermi (GLAST)

11 Gamma távcsövek Nem fókuszálható képalkotás másképp Kódolt maszk (pl. INTEGRAL) Maszk árnyék(ai)ból invertálva Compton-effektus (CGRO) Szóródás elektronon Szórt foton

12 Gamma távcsövek Nem fókuszálható képalkotás másképp Kódolt maszk (pl. INTEGRAL) Maszk árnyék(ai)ból invertálva Compton-effektus (CGRO) e--e+ párkeltés (Fermi, CGRO)

13 Gamma távcsövek Gammakitörések Hosszú: kollapszár/hipernova Rövid: összeolvadó neutroncsillagok Tejút SMBH körüli gamma-lebenyek

14 Röntgen : szuborbitális repülések 1970: Uhuru első r.műhold Első égbolt-felmérés, röntgenkettősök (Cyg X-1, etc.) HEAO program (Einstein), EXOSAT, ROSAT, Rossi XTE, Granat, BeppoSAX Chandra, XMM-Newton, NuSTAR, Swift, Suzaku, (Spektr-RG/SRG) Etc...

15 Röntgen Chandra (NASA) 0,1-10 kev NuSTAR (NASA) 5-80 kev XMM-Newton (ESA) 0,2-20 kev Spektr-RG / SRG (Roszkozmosz-MPE, 2018?)

16 Röntgendetektorok Proporcionális számláló, szcintilláció detektor, kódolt maszk Főként a korai eszközökben CCD röntgen fókuszálható(...) Egyedi fotonok detektálhatóak RXTE (NASA)

17 Röntgentávcsövek Röntgen fókuszálható de csak súrlódó beesés (1-2 ) esetén! Wolter-féle távcsövek ellipszis+hiperbola

18 Röntgentávcsövek Röntgen fókuszálható de csak súrlódó beesés (1-2 ) esetén! Wolter-féle távcsövek ellipszis+hiperbola

19 Röntgentávcsövek Röntgen fókuszálható de csak súrlódó beesés (1-2 ) esetén! Wolter-féle távcsövek ellipszis+hiperbola ellipszis+parabola

20 Röntgentávcsövek ROSAT Chandra NuSTAR

21 Röntgencsillagászat Röntgen = forró, millió Kelvines anyag Akkréciós korongok, jetek, forró gáz (intersztelláris, intergalaktikus), csillagkorona, röntgenkettősök Mágneses tér nyomjelzője is lehet

22 Tejút központja

23 Andromeda-galaxis

24 Abell 383 galaxishalmaz

25 Ultraibolya OAO sorozat IUE International Ultraviolet Exporer hatalmas siker 2 spektrográf és 2x2 tv-kamera FUSE, EUVE távoli UV GALEX - Galaxy Evolution Explorer ( ) HST főleg UV spektroszkópia (Swift UV-optikai távcsöve, Chang e-3)

26 Ultraibolya IUE ESA/NASA GALEX- NASA HST NASA/ESA

27 Ultraibolya Óriáscsillagok, forró csillagszél Csillagkeletkezés, starburst Kvazárok, Seyfert-galaxisok Bolygó-aurorák

28 Látható fény Minek? Légkör kikerülése HST Ma már adaptív optikával túlléphető Asztrometria Hipparcos, Gaia Éjszaka-nappal kikerülése Folytonos mérés (idősor) Exobolygók, változócsillagok MOST, CoRoT, Kepler

29 Hubble Space Telescope Spitzer álma csak 1990-ben állt pályára 2,4 m-es főtükör, számos detektor, többször cserélve Közeli UV-től közeli IR-ig 3 Key Projekt Medium Deep Survey H meghatározása, extragalaktikus Cefeidákkal H=72±8 km/s/mpc Intergalaktikus anyag vizsgálata, kvazár absz. vonalakban

30 Asztrometria Hipparcos ( ) csillag, < 1mas Parallaxis, fotometria GAIA (2013-) 1 milliárd csillag, 7 μas 10 mag-nál, 200 μas 20 mag-nál Tejút 1%-a 3D mozgás parallaxis és radiális seb. is

31 Fotometriai távcsövek MOST (Microvariability and Oscillations of Stars) Kanada, cm-es tükör, fényes csillagok asztroszeizmológiája CoRoT (Convection, Rotation and planetary Transits) CNES, ESA, Exobolygók és asztroszeizmológia 27 cm-es tükör 32 megerősített bolygó

32 Fotometriai távcsövek Pontos fényességmérések, időben folyamatosan WIRE tönkrement IR távcső 5 cm csillagkövető távcső

33 Fotometriai távcsövek Pontos fényességmérések, időben folyamatosan BRITE-Constellation nanoműholdak 3 cm-es objektívek Osztrák, kanadai és lengyel Ég 354 legfényesebb csillaga Öt pályán, hatodik nem vált le a rakétáról

34 Fotometriai távcsövek Pontos fényességmérések, időben folyamatosan Kepler NASA ( ) 95 cm távcső csillagnál exobolygó-keresés csillagnál sztelláris asztrofizika ~3500 bolygójelölt, ~800 megerősített bolygó

35 Az űrtávcső részei Főtükör Kamera

36 Az űrtávcső részei Távcső (optikai rendszer) Napelem (energiatermelés) Műholdplatform (vezérlés, navigáció)

37 Látómező

38 Látómező

39 Target pixel maszkok Csak kiválasztott pixeleket töltenek le 1024 különböző maszk Szaturált csillagok fényessége is mérhető

40 RR Lyrae (V=7.1m) Szaturált csillagok: fluxus folyhat az oszlop mentén V1154 Cyg (V=9.1m): standard mask, custom mask, Kepler kép ( háttércsillag is!)

41 Végső produktum Nyers és korrigált fénygörbék Negyedéves fordulások, differenciális aberráció, fűtési ciklusok, lendkerék deszaturáció, loss of fine pointing, kozmikus sugarak...

42

43 Argabrightening Hirtelen, pár percig tartó háttérfényesedés Mikrometeoroid becsapódás által kidobott por? (V. Argabright, a felfedező után elnevezve)

44 K2 Két lendkerekes üzemmód Harmadik tengely: sugárnyomás egyenletes eloszlása, instabil egyensúly Ekliptika mentén, napos kampányok

45 K2

46 Infravörös Légköri elnyelés egyre erősebb Újabb probléma: távcső saját hője Közép-infravöröstől kriogenikus kell! Ált. folyékony hélium párologtatása 2-3 K Első: IRAS (NASA) , 25, 60, 100 μm Galaktikus cirrusz, starburst galaxisok, fiatal csillagok, Vega porkorongja, Tejút középpontja

47 Infravörös Későbbi felmérések: ISO, Akari, WISE Obszervatóriumok: Spitzer, Herschel Akari (Japán) Herschel: legnagyobb, 3,5 m-es tükör ISO (ESA) Spitzer (NASA) Herschel (ESA)

48 Kriotechnika Spitzer Árnyékoló Távcső Detektorok Kriosztát Kiszolgáló egység Herschel

49 Detektorok Közeli és közép-ir: speciális félvezetők (CCD) Indium-antimon (<5 μm) arzénnal szennyezett szilícium (5-20 μm) antimonnal szennyezett szilícium (20-50 μm) gallium-germánium ( μm) Hosszabb hullámhosszakon már nem működnek

50 Detektorok Távoli IR μm (Hershel) Bolométer rács (SPIRE) Sok kis hőmérő (termisztor) Hő hatására az ellenállása változik Heterodyne (HIFI) Már nem képet alkot Sok kis spektrum Beérkező jelet egy lokális oszcillátoréval keveri Alacsony-frekvenciás jelet kelt, könnyebb kezelni

51 Infravörös Nem forró, ill. hideg források K-M csillagok, barna törpék, YSO-k (csillagkeletkezés), üstökösök, kisbolygók, porkorongok, exobolygók Átlátunk a poron, ill. látjuk a hősugárzását Nagy z-nél optikai tartományból eltolódnak IR-be

52

53

54 Félúton NIR elnyelés a légkör alsó részén Magas hegyek, vagy repülőgép Kuiper Airborne Observatory SOFIA 2010-

55 Mikrohullám Kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás COBE (COsmic Background Explorer) CMB anizotrópia, kis szögfelbontással CMB hőmérsékleti sugárzás kimérése Univerzum legpontosabb Planck-görbéje!

56 Mikrohullám Kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás COBE (COsmic Background Explorer) CMB anizotrópia, kis szögfelbontással CMB hőmérsékleti sugárzás kimérése Univerzum legpontosabb Planck-görbéje!

57 Mikrohullám WMAP (Wilkinson Microwave Anisotrophy Probe) Anizotrópia ~5 x 10-5 K Polarizációt is mérte

58 Mikrohullám WMAP (Wilkinson Microwave Anisotrophy Probe) Anizotrópia ~5 x 10-5 K Polarizációt is mérte Planck (ESA) Jobb felbontás, érzékenység Nagy skálán eltérések az izotrópiától

59

60

61 Rádió Minek?... Felbontás ~ λ/d Rádióhoz nagy bázisvonal kell NAAAGY! VLBI Földméretű detektor

62 Rádió Minek?... Felbontás ~ λ/d Nagy bázisvonal kell NAAAGY! VLBI Földméretű detektor...űr-vlbi!

63 űr-vlbi HALCA Japán , 8 m-es antenna, km apogeum Szpektr-R (Radioasztron) Oroszország 2011-, 10 m, km

64 Naptávcsövek Folyamatos monitorozás, látható-uv-röntgen Skylab Apollo Telescope Mount Solar Maximum Mission (1980) Yohkoh (Japán, 1991) SOHO (ESA/NASA) Hinode, Solar Dynamics Observatory L1, ill Föld körül STEREO Föld előtt és mögött, 3D SOHO

65 SDO

66

67 A jövő Elfogadott, ill. készülő projektek James Webb Space Telescope (NASA/ESA/CSA) Hubble utóda, de infravörösben 6,5 m tükör Első csillagok, reionizáció kora, exobolygók

68 A jövő NASA - JWST elszívja a pénzt... Kisebb programok: TESS exobolygók a közeli csillagok körül teljes égboltot lefedve (2017) WFIRST Wide-Field IR Survey Telescope Nagyméretű, IR felmérő távcső Hubble-méretű, tartalék távcsövek kémműholdakból? TESS

69 A jövő ESA Cheops (2017) - exobolygó karakterizálás Euclid (2019) kozmológia optikai és IR fotometria, IR spektroszkópia Sötét anyag eloszlása, sötét energia ESA M3 misszió ( ) PLATO - exobolygók

70 A jövő JAXA (Japán) Hitomi ismétlés... Oroszország Szpektr-UF/WSO-UV Spanyolországgal közösen 2024?, 1,7 m távcső HST kapacitás UV-ben(?)

71 A jövő CubeSat űrtávcsövek UV fotometria, spektroszkópia Kihajtogatható távcsövek

72 Források: