Einführung in die Astronomie & Astrophysik II. 2. Beobachtungsmethoden. SoSe 2010, Knud Jahnke

Transkript

1 Einführung in die Astronomie & Astrophysik II 2. Beobachtungsmethoden SoSe 2010, Knud Jahnke

2 Die Grenze fürs Auge: M31 (Andromeda), 2.5x106 Lichtjahre

3 M31 (Andromeda)

4 Radio UV Visuell Sternzählungen MIR mm Röntgen M31 (Andromeda)

5 Strahlungsquellen

6 Kernfusion: Bethe-Weizsäcker-Zyklus

7 Staubabsorption: NH/A(V)~1.8 x 1021 Atome/cm2/mag

8 Staubabsorption: NH/A(V)~1.8 x 1021 Atome/cm2/mag Re-Emission (hier: ~40K)

9 Linien-Emission+Absorption

10 Stellare Absorption (hier: Vega)

11 Emissionslinien (z.b. Interstellares Gas)

12 Hochenergetische Strahlung: Photonen (z.b. Quasare) Teilchen (z.b. SN)

13 Composite QSO spectrum

14 Composite QSO spectrum

15 Weitere: Zodiakallicht (Staub im Sonnensystem) Atmosphäre (gestreutes Mondlicht) Städte ( Lichtverschmutzung ) thermische Strahlung von Instrumenten (im IR)

16 Teleskope

17 Tiefe Wellenlänge Beobachtung Quelle räumliche Auflösung spektrale Auflösung Fläche

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20 Optisch: Hans Lipperhey (1608) Galileo Galilei (1609)

21 Opt: Galileo

22 Opt/IR: ESO Very Large Telescope

23 UV/Opt/NIR: Hubble Space Telescope

24 UV: Galex

25 Optisch: Hans Lipperhey (1608) Galileo Galilei (1609) Radio: Karl Jansky (~1933) Grote Reber (~1940)

26 Radio: Effelsberg 100m

27 Radio: Very Large Array

28 Optisch: Hans Lipperhey (1608) Galileo Galilei (1609) Radio: Karl Jansky (~1933) Grote Reber (~1940) Röntgen: Ballistische Raketen, Satelliten (>1960) IR: Ballons, Satelliten (>1960)

29 Röntgen: Chandra

30 3K: WMAP

31 MIR/FIR: Spitzer, Herschel

32 Auflösung(en), Tiefe, Fläche

33 Auflösungsvermögen: sinθ = 1,2 2 λ/d D= Teleskop durchmesser

34 Interferometrie

35 Interferometrie: Kohärente Wellenfronten werden überlagert Intensitätsverteilung ist Maß für Längenskalen Beobachtung im (u,v)raum = Fouriertransformierte des (x,y)-raums Inverse Fouriertrafo gibt Bild, falls (u,v)-raum hinreichend abgedeckt

36 Die Realität: Seeing Teleskop Detektor Atmosphäre Adaptive Optik (NIR/MIR) natürliches Seeing: arcsec

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40 Die Realität: Seeing Teleskop Detektor Atmosphäre Adaptive Optik (NIR/MIR) natürliches Seeing: arcsec mit AO: 10-50% der Photonen beugungsbegrenzt ~0.1 arcsec (8m, 2mu)

41 Imaging vs. Spektroskopie: R=λ/ λ

42 Imaging vs. Spektroskopie: R=λ/ λ Breitbandfilter: R~5 Schmalbandfilter: R~20

43 Radio UV Visuell Sternzählungen MIR mm Röntgen M31 (Andromeda)

44 Fluss Imaging vs. Spektroskopie : R=λ/ λ Breitbandfilter: R~5 Schmalbandfilter: R~20 niedrigauflösende Spektroskopie: R= Wellenlänge [Å]

45 Imaging vs. Spektroskopie : R=λ/ λ Breitbandfilter: R~5 Schmalbandfilter: R~20 niedrigauflösende Spektroskopie: R= hochauflösende Spektroskopie: R=

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47 Ziel: Messen der Eigenschaft eines Objektes Objekt =Stern, Galaxie, Gas, Staub, Eigenschaft =Helligkeit, Form, Alter, Masse, Temperatur Messen =statistisch signifikant feststellen Signal S mehr als X Standardabweichungen oberhalb des Rauschens N ( Noise ) S/N=1 32% Wahrscheinlichkeit für Zufall S/N=2, 3, 4, 5 4.5%, 0.3%, 10-4, 10-6

48 S = (Photonen von Objekt) N = σ(alle Photonen) = sqrt(photonen von Objekt+Hintergrund) Einfluss auf S? Einfluss auf N? Übungsblatt, Aufgabe 2+3

49 D [cm] Fläche [cm2] Relativ zum Auge Auflösungsvermögen, beugungsbegrenzt [Bogensekunden] Auge, dunkeladaptiert AmateurTeleskop VLT (von 4) 820 5x105 (50qm) AMBER: VLT Interferometer (2mu) 47m 130m 106 (100qm) 2x

50 CCD: ESO WFI NIR HAWAII: CAHA PANIC (MPIA)

51 Mondeinfluss auf Himmelshintergrund (La Palma)

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54 Vertiefung 2: Der Sloan Digital Sky Survey

55 Palomar Observatory Sky Survey (Photoplatten) Palomar Schmidt, 120cm Teleskop, V< : POSS I, blau-+rotsensitive Photoplatten, 6 x6, 936 Felder, dec> : POSS II, blau, rot, infrarot, 897 Felder

56 POSS Scans: Digitized Sky Survey + USNO-B (Sternkatalog, 109 Sterne)

57 Der Sloan Digital Sky Survey

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59 Der Sloan Digital Sky Survey Apache Peak (New Mexico, USA) 2.5m-Teleskop 120 Mpixel Kamera (Bilder) 5x6 2k x 2k CCDs 5 Filter (u~blau, g~grün, r~rot1, i~rot2, z~infrarot) gleichzeitig Driftbeobachtungen 54s Streifen 1.5 Quadratgrad Gesichtsfeld Doppelspektrograph mit Fasern

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62 Der Sloan Digital Sky Survey Apache Peak (New Mexico, USA) 2.5m-Teleskop 120 Mpixel Kamera (Bilder) 5x6 2k x 2k CCDs 5 Filter (u~blau, g~grün, r~rot1, i~rot2, z~infrarot) gleichzeitig Driftbeobachtungen 54s Streifen 1.5 Quadratgrad Gesichtsfeld Doppelspektrograph mit Fasern

63 Der Sloan Digital Sky Survey

64 Der Sloan Digital Sky Survey Quadratgrad (DR 7) 15.7 TByte Bilder 357 Millionen Objekte auf Bildern 1.6 Millionen Spektren Galaxien Quasare Sterne SQL-Datenbank (Daten und Kataloge)

65 Der Sloan Digital Sky Survey

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67 Rohbild

68 Bias-korrigiertes Bild mit Masken (grün)

69 Korrigiertes Bild (tote Pixel, Sättigung, )

70 Detektion: helle Objekte (blau)

71 Detektion: schwache Objekte (rot)

72 Insgesamt vermessene Objekte

73 Vermessene Objekte in diesem Bild

74 Rekonstruiertes Bild mit Hintergrund

75 Der Sloan Digital Sky Survey Stern Galaxien Klassifikation Selektion für Spektroskopie Maskenerstellung Spektroskopische Beobachtung Datenreduktion Rotverschiebungsbestimmung Objektklassifikation

76 Der Sloan Digital Sky Survey Flat Field Wellenlängenreferenz Science

77 Der Sloan Digital Sky Survey Stern Galaxien Klassifikation Selektion für Spektroskopie Maskenerstellung Spektroskopische Beobachtung Datenreduktion Rotverschiebungsbestimmung Objektklassifikation

78 Rotverschiebung Der Sloan Digital Sky Survey

79 Der Sloan Digital Sky Survey SDSS Ergebnisse Sonnensystem: Asteroiden Milchstraße: Struktur, Ströme, Entstehungsgeschichte Lokale Gruppe: Zwerggalaxiensuche, Struktur der kleinsten Galaxien, "Nahfeld-Kosmologie" Galaxien: Struktur, Sternentstehung, Störungen, stellare Massen, Entstehungsgeschichte, Bimodalität der Galaxienpopulation Quasare: Schwarzlochmassen, Leuchtkraftverteilung, Clustering, Entwicklung Großräumige Strukturen/Kosmologie: Filamente, Struktur des frühen Universums (Baryon Accoustic Oscillations)

80 Quasarspektren (alle) Lα Der Sloan Digital Sky Survey CIV CIII Rotverschiebung MgII OIII Hα Wellenlänge

81 Milchstraße, schematisch

82 Milchstraße

83 Radio UV Visuell Sternzählungen MIR mm Röntgen M31 (Andromeda)