Űrtávcsövek. Molnár László MTA CSFK CSI

Átírás

1 Űrtávcsövek Molnár László MTA CSFK CSI

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, 2014)

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 Ultraibolya OAO sorozat IUE International Ultraviolet Exporer hatalmas siker 2 spektrográf és 2x2 tv-kamera FUSE, EUVE távoli UV HST főleg UV spektroszkópia GALEX - Galaxy Evolution Explorer NASA, Caltech

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

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

27 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

28 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

29 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

30 Fotometriai távcsövek MOST (Microvariability and Oscillations of Stars) Kanada, cm-es tükör, fényes csillagok asztroszeizmológiája CoRoT (Convection, Rotation and planetary Transits) CNES, ESA, 2006 Exobolygók és asztroszeizmológia 27 cm-es tükör 24 megerősített bolygó Kepler bővebben

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

32 Fotometriai távcsövek Pontos fényességmérések, időben folyamatosan Kepler NASA műhold 95 cm távcső csillagnál exobolygó-keresés csillagnál sztelláris asztrofizika év

33 Az űrtávcső részei

34 Az űrtávcső részei

35

36 Látómező

37 Látómező

38 Full-Frame Image

39 Target pixel maszkok Csak kiválasztott pixeleket töltenek le 1024 különböző maszk Szaturált csillagok fényessége is mérhető Plusz töltés átfolyhat a szomszédos pixelekbe

40 RR Lyrae (V=7.1m) 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 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

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

45 Kriotechnika Spitzer Árnyékoló Távcső Detektorok Kriosztát Kiszolgáló egység Herschel

46 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

47 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-frek. kelet kelt, könnyebb kezelni Kvantum-elektronika - alagút-effektus

48 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

49

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

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

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

53 Mikrohullám WMAP (Wilkinson Microwave Anisotrophy Probe) Anizotrópia ~5 x 10-5 K Polarizációt is mérte Planck (ESA) Jobb felbontás, érzékenység Első kozmológiai eredmények 2013-ban

54

55

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

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

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

59 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

60 SDO

61

62 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

63 A jövő NASA - JWST elszívja a pénzt... Két kisebb program: IRIS Interface Region Imaging Spectrograph (Nap, 2013) TESS exobolygók a közeli csillagok körül teljes égboltot lefedve WFIRST Wide-Field IR Survey Telescope Nagyméretű, IR felmérő távcső Hubble-méretű, tartalék távcsövek kémműholdakból?

64 A jövő ESA Gaia (2013) - asztrometria Cheops (2017) - exobolygó karakterizálás Euclid (2019) kozmológia optikai és IR fotometria, IR spektroszkópia Sötét anyag eloszlása, sötét energia ESA M3 misszió ( ) Plato, EChO (exobolygók), LOFT (nagylátószögű röntgen)

65 A jövő JAXA (Japán) Astro-H/NeXT (2014) röntgen Oroszország Szpektr-RG/SRG Németo. Röntgen felmérés (2014) Szpektr-UF/WSO-UV Spanyolo , 1,7 m távcső HST kapacitás UV-ben(?) Gamma-400, naptávcső...