Ραδιο-αστρονομία Βραβεία Nobel Φυσικής στη Ραδιοαστρονομία: ανακάλυψη του CMB Penzias & Wilson βραβείο Nobel 1978 «radio astrophysics Ryle & Ηewish βραβείο Nobel 1974 COBE CMB Mather & Smooth Βραβείο Νόμπελ 2006
Αστρονομία σε μήκη κύματος από ~0.5 mm σε 1Κm δηλ. συχνότητες από ~ MHz έως εκατοντάδες GHz
optical wavelengths 408 MHz emission of neutral hydrogen, 1 420 MHz
Γέννηση της ραδιο-αστρονομίας Ανακάλυψη των πρώτων ραδιοκυμάτων από το διάστημα από την γενική κατεύθυνση του κέντρου του Γαλαξία από τον Jansky 1931 (Bell Labs), ενώ μελετούσε τη δημιουργία παράσιτων στις διηπειρωτικές επικοινωνίες Η κεραία του Jansky λειτουργούσε στα 20.5 ΜΗz Τα έτη 1931-2 συνέπιπταν με το ελάχιστο του ηλιακού κύκλου
1935: Jansky: προέλευση ραδιοκυμάτων από το γαλαξιακό επίπεδο, και κυρίως από τον αστερισμό Sagittarius (στην κατεύθυνση του κέντρου του Γαλαξία) Ο Grote Reber κατασκεύασε το 1937 ένα ραδιοτηλεσκόπιο 30ft και χαρτογράφησε τον Γαλαξία στα 160Mhz (λ=1.8m) - Astrophysical Journal 1944 Κατά τον 2 ο Παγκόσμιο πόλεμο ο Hey και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν την ραδιοφωνική εκπομπή του Ήλιου (ενώ προσπαθούσαν να κατανοήσουν την προέλευση του στατικού θορύβου στα ραντάρ ανίχνευσης εχθρικών αεροπλάνων)
3.6cm Sgr A NRAO/AUI
1951 ανακάλυψη γραμμικής ραδιοφωνικής εκπομπήςαπό το ΗΙ (21cm) του μεσοαστρικού χώρου (Ewen και Purcell) 1951 ανακάλυψη της οπτικής πηγής που ταυτίζεται με τη ραδιοπηγή Cygnus A από τον F.G.Smith (+ Baade- Palomar) 1957 o Lovell κατασκεύασε στo Manchester παραβολικό τηλεσκόπιο 76m 1963 quasars (οπτικές πηγές αντίστοιχες ισχυρών ραδιοπηγών) 1965 ανακάλυψη του CMB Penzias & Wilson βραβείο Nobel 1978) 1967 J. Bell-Burnell ανακάλυψη pulsars (1974 βραβείο Nobel Ηewish)
VLA observations of Cygnus A at 1.4 and 5 GHz
Ο ουρανός στα ραδιοκύματα
Ο ουρανός στo ορατό φως
Βασικές έννοιες λ radio /λ optical ~10 5-10 6 Το μεγάλο λ έχει δύο βασικές συνέπειες: (i) Διακριτική Ικανότητα α=1.22λ/d(rad) για λ=1cm α=40 (1/d)arcmin (d η διάμετρος σε m) δηλ. για να έχουμε α παρόμοιο με ένα τηλεσκόπιο 1m χρειαζόμαστε διάμετρο 20km (στη ραδιοφ. περιοχή) Γενικά τα ραδιοτηλεσκόπια λειτουργούν στο περιθλαστικό τους όριο (δεν επηρεάζονται από το seeing) Μεγαλύτερη διακριτική ικανότητα επιτυγχάνεται με μεθόδους συμβολομετρίας
Διακριτική ικανότητα- Παραβολικές αντένες Κριτήριο Rayleigh min 1.22 D Για να επιτύχουμε διακριτική ικανότητα 1 π.χ. στη γραμμή 21-cm υπερλεπτής υφής του υδρογόνου, η διάμετρος πρέπει να είναι Το μεγαλύτερο (μη καθοδηγούμενο) ραδιοτηλεκόπιο (με ένα «πιάτο») είναι στο Arecibo και έχει διάμετρο 300m
Βασικές έννοιες-συνέχεια (ii) Η ανίχνευση Ραδιοκυμάτων είναι θεμελιωδώς διαφορετική από την ανίχνευση οπτικών φωτονίων. Τα ραδιοκύματα προκαλούν ένα εναλλασσόμενο πεδίο στον ανιχνευτή που καταγράφεται σαν δυναμικό AC. Δηλ. η ανίχνευση των ραδιοκυμάτων βασίζεται στις κυματικές ιδιότητες του φωτός V=V 0 sin(ωt-φ) Πλάτος μέτρηση της ισχύος του σήματος Φάση σημαντική στην συμβολομετρία
Λειτουργία του ραδιοτηλεσκοπίου Όπως είπαμε,τα ραδιοκύματα αλληλεπιδρούν με την ύλη διαφορετικά από τα ΗΜ κύματα στο ορατό. Συνεπώς χρησιμοποιούμε διαφορετικές ανιχνευτικές συσκευές Ένα τυπικό ραδιοτηλεσκόπιο αποτελείται από ένα παραβολικό «πιάτο» που ανακλά την ακτινοβολία που δέχεται από ένα ουράνιο αντικείμενο σε μια αντένα Το σήμα ενισχύεται και αναλύεται για να δώσει ένα «ραδιο-χάρτη» σε συγκεκριμένο μήκος κύματος
Kεραία - ορισμοί Κεραία (αντένα) ονομάζουμε το μέσο στο οποίο ελεύθερα ΗΜ κύματα περιορίζονται και μετατρέπονται σε κατευθυνόμενα κύματα (κεραία λήψης) ή και το αντίστροφο (κεραία εκπομπής) Απόκριση μιας κεραίας είναι η ικανότητά της να επιτυγχάνει πλήρως ή μερικώς αυτή τη μετατροπή Διάγραμμα ακτινοβολίας είναι η συνάρτηση Pn(θ,φ) που δίνει την απόκριση μιας κεραίας ως προς τις διάφορες διευθύνσεις του χώρου Λόγω της αρχής της αμοιβαιότητας (reciprocity principle) το διάγραμμα ακτινοβολίας είναι ίδιο και για εκπομπή και για λήψη
Οι συνέπειες της πόλωσης Η αντένα ενός ραδιοτηλεσκοπίου διαφέρει σημαντικά από ένα οπτικό τηλεσκόπιο και στο ότι είναι πολύ πιο ευαίσθητη στην πόλωση του προσπίπτοντος κύματος Ας θεωρήσουμε μια απλή αντένα (δίπολο). Η αντένα αυτή είναι ευαίσθητη μόνο σε ΗΜ ακτινοβολία πολωμένη παράλληλα προς το δίπολο. Άρα μία αντένα είναι γενικά ευαίσθητη στην κατάσταση πόλωσης της προσπίπτουσας ακτινοβολίας και καταγράφει μόνο μέρος της ακτινοβολίας Πολλές ραδιοπηγές έχουν ισχυρά μαγνητικά πεδία με αποτέλεσμα η εκπεμπόμενη ακτινοβολία να είναι έντονα πολωμένη.
Η ραδιοαστρονομία σήμερα Η ραδιοαστρονομία σήμερα παίζει εξαιρετικά σημαντικό ρόλο στην έρευνα των αστροφυσικών φαινομένων. Υπάρχουν μεγάλα ραδιοτηλεσκόπια και δίκτυα ραδιοτηλεσκοπίων σε όλο τον κόσμο VLBI, VLBA, VLA, New Mexico, Arecibo, Puerto Rico, GBT, Green Bank, West Virginia, Westerbork, Jodrell Bank, ALMA, Hat Creek, SKA, ΑΤCA, Lofar, etc Band Wavelength Frequency P-band 90 cm 327 MHz L-band 20 cm 1.4 GHz C-band 6.0 cm 5.0 GHz X-band 3.6 cm 8.5 GHz U-band 2.0 cm 15 GHz K-band 1.3 cm 23 GHz Q-band 7 mm 45 GHz
ΕΚΠΟΜΠΗ ΡΑΔΙΟΚΥΜΑΤΩΝ Ι. Θερμική ακτινοβολία: Ι1. μέλαν σώμα 2.725 K 2.725Κ
Ι2. Εκπομπή free-free + Ηλεκτρόνια (μέσα στο πλάσμα) επιταχύνονται από φορτισμένα σωμάτια και εκπέμπουν ακτινοβολία συνεχώς (bremsstrahlung ). Τέτοιες ραδιοπηγές είναι περιοχές ιονισμένου αερίου σε περιοχές Αστρικής Δημιουργίας και σε Ενεργούς Γαλαξιακούς πυρήνες
Ι3. Εκπομπή γραμμής υπερλεπτής υφής. 21-cm ατομικού Η: Όταν το σπιν του e και του p είναι αντιπαράλληλα, βρίσκονται στη κατάσταση ελάχιστης ενέργειας. Όταν τα σπιν είναι παράλληλα, το άτομο είναι σε κατάσταση διέγερσης, και αποδιεγειρόμενο εκπέμπει φωτόνιο 21 cm
ΙΙ Μη θερμική ακτινοβολία ΙΙ1. Ακτινοβολία συγχρότρου Ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας κινούνται σπειροειδώς γύρω από τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου, και επιταχυνόμενα, εκπέμπουν φωτόνια, συχνότητας που εξαρτάται από την ταχύτητα του ηλεκτρονίου και την ένταση του Β. Χρειάζεται πηγή σχετικιστικών ηλεκτρονίων: Κατάλοιπα σουπερνόβα Quasars ή άλλες μορφές Ενεργών Γαλαξιακών Πυρήνων
ΙΙ2. Masers Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation Μονοχρωματική ακτινοβολία Masers απαντώνται σε μοριακά νέφη και στα περιβλήματα γηραιών άστρων Τα Masers απαιτούν μια εξωτερική πηγή ενέργειας που θα ανεβάσει τα μόρια στην διεγερμένη κατάσταση (π.χ. κοντινό θερμό άστρο) Έχουν βρεθεί masers OH, SiO, H 2 O, CH 3 OH, NH 3, H 2 CO
ΙΙ3. Pulsars Παλμική ακτινοβολία από γρήγορα περιστρεφόμενα άστρα νετρονίων με ισχυρά μαγνητικά πεδία
NGC1316 VLA
HI velocity map of M33
Supernova remnant 3C58 VLA