El telescopio 30m del IRAM

El telescopio 30m del IRAM y la
misión espacial Herschel
en Granada
Carsten Kramer
Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM),
Granada
La constelación de Orión
en luz visible e infrarroja
Izquierda:
luz visible
Derecha:
luz infrarroja
AKARI 140m
Betelgeuse
La nebulosa Cabeza
de Caballo
La nebulosa de
Orión
Rígel
El panel derecho muestra la misma región del cielo en luz infrarroja, la cual es emitida por
objetos calientes. Algunas estrellas han desaparecido, mientras que inmensas nubes se han
hecho visibles por todas partes. Distancia de las nubes Orión A,B: 1500 años luz.
Ondas electromagnéticas
Las ondas infrarojos
atmosfera terrestre.
no
penetran
la
La ley de Wien para temperaturas
tipicas que se encuentran en nubes
interstelares.
Indice
+ El cielo infrarrojo
+ IRAM y el telescopio 30m
+ Misión espacial HERSCHEL
+ Ciencia con el 30m y Herschel
+ El ciclo de las estrellas
+ El nacimiento de estrellas en galaxias lejanas
+ Campos profundos.
Hacia los confines del cosmos
Projectos con Herschel en Granada
Gracias a Goeran Pilbratt, Emanuel Caux y Reinhard Genzel
Instituto de Radio Astronomia
Milimetrica (IRAM)
IRAM
es
un
centro
de
investigacion internacional que
se dedica a explorar el Universo
para comprender su origen y
evolucion.
El IRAM fue fundado en 1979
por el CNRS (Francia), la MPG
(Alemania). El IGN (Espana)
entro a formar parte del IRAM
en 1990.
El cede central se encuentra en
Grenoble (Francia), cuenta con
mas de 120 empleados entre
cientificos, ingenieros, tecnicos
y personal administrativo y
opera dos observatorios.
www.iram-institute.org
Introducción: El IRAM Plateau
de Bure Interferometer (PdBI)
El telescopio 30m del IRAM
IRAM/Rebus
El telescopio 30m del IRAM
Instrumentos en la Cabina de Receptores:
EMIR Eight mixer receiver:
HERA 18 pixel
heterodyne receiver array
MAMBO 117 pixel
bolometer (MPIfR):
El telescopio 30m del IRAM
Rango de Frecuencias y Atmósfera
El vapor de agua y otras moléculas reducen la transmisión.
Rango de Frecuencias: EMIR: E0, E1, E2, E3; HERA; MAMBO:
75 – 375 GHz (3mm – 800 m)
El observatorio espacial Herschel
lanzado en el 14 de Mayo de 2009
Instrumentos:
HIFI
157-625m
PACS
57-210m
SPIRE
200-670m
0.3K
Órbita L2 del observatorio
espacial Herschel
Sol, Tierra y Luna estan en la misma dirección en el cielo:
- térmicamente favorable y entorno estable
- buen acceso al cielo para hacer observaciones
Estudios Astrofísicos
con el telescopio 30m del IRAM y
Herschel
El desarrollo del Universo
www.iram-institute.org
herschel.esac.esa.int/home.shtml
recombination
300,000 yrs
Universo actual y Sistema Solar
13.7 Giga años
Big Bang
los pimeros estrelas, galaxias y agujeros negros 0.5­1 Gyr
El IRAM-30m y Herschel intentan comprender la formación de la Vía Láctea,
el Sol y nuestro Sistema Solar y cómo se han desarrollado hasta el presente
El ciclo de vida de las estrellas
Nubes moleculares y formación
estelar en NGC3603
(Hubble Space Telescope HST)
Distancia = 6.6 kpc
(~20 000 anos luz)
- Cúmulo de estrellas OB
- Estrellas viejas
- Regiones HII
- Nubes de polvo y gas
- Regiones de fododisociación
(PDRs)
El ciclo de vida de las estrellas
El ciclo de vida de las estrellas
nube denso
nube difuso
disco
sistema stelar
perder de masa
Herschel investigará todas las etapas del ciclo interestelar-estelar
en un amplio rango de entornos astrofísicos.
La vista infraroja
El ciclo de vida de las
estrellas:
el medio inter estelar
PACS & SPIRE / Herschel
2ox2o en la Plana Galactica
70m (azul), 160m (verde),
250/350/500m (rojo)
¿Cómo se enfría el gas
interestelar para formar
estrellas ?
CO en Orion A con el 30m
(N.Marcelino).
El 30m y Herschel van a hacer un sondeo espectroscópico detallado para intentar
entender cuantitativamente las abundancias de moléculas clave en el Sistema Solar, la
Vía Láctea y las galaxias cercanas.
¿Cómo se enfría el gas interestelar
para formar estrellas ? ¡El agua es la
clave!
Predicción del espectro submilimétrico
del agua en un núcleo protoestelar
denso.
Los cometas pueden ser una de
las fuentes de vapor de agua en
el Sistema Solar, por ejemplo en
la luna!
Herschel llevará a cabo sondeos espectroscópicos detallados para intentar entender las
abundancias de agua y otras moléculas clave en el Sistema Solar, la Vía Láctea y las
galaxias cercanas.
Primeros resultados de HIFI/Herschel:
H2O y C+ en la región de formación
Galáctica DR21
Herschel/HIFI y
Spitzer
¿Cómo se forman las estrellas?
Chorro protoestelar en
HH 47
Núcleos protoestelares
en ρ-Oph
Cúmulo emergente de
estrellas jóvenes en la
constelación de la
Serpiente.
Disco protoestelar
en Orión visto de
lado
Restos del polvo del
disco en la región de
Formalhaut
Herschel efectuará grandes sondeos con la finalidad de hacer un censo completo
de formación estelar y evolución temprana en la Vía Láctea.
Moléculas en el Medium Inter Estelar (5/09)
A partir de Cologne Data
Base for Molecular
Spectroscopy (CDMS)
>150 moléculas
Investigación en curso
+Trabajo de laboratorio
Benzene C6H6:
(Cernicharo et al. 2007 with ISO)
Ethyl-formate C2H5OCHO:
(Belloche et al. 2009 with the 30m)
Química orgánica pero
también S,P,F,Cl,Fe,Si,...
¡Cationes y también
algunos aniones!
Bastantes radicales como
CH, C2H, OH, HCO, CN, ...
Moléculas complejas
como el Benzeno, ...
La nebulosa Cabeza del caballo
en Orión B
El medio interstelar denso y caliente
WADI – Herschel OT KP
PI: V.Ossenkopf
Objetivo principal: Comprender los procesos
físicos y químicos que controlan la interacción
entre las estrellas y su entorno.
Cuatro campos centrales:
1. Balance de energía en las regiones
fotodominadas (PDRs),
2. Química fotoinducida,
3. Dinámica y cinemática de las PDR,
4. Estructuras de choque.
La nebulosa de la Cabeza de caballo es una PDR muy conocida.
Diferentes especies moleculares se forman a distintas profundidades de
la nube de manera que se produce una estructura de capas (Teyssier et
al. 2004)
Comparación del perfil de abundancia de CH calculado a partir de
diferentes modelos de PDR para los mismos parámetros de entrada.
Sólo Herschel puede observar CH, NH y OH
en sus estados fundamentales. Los
modelos pueden ser probados y refinados
a partir de un inventorio químico.
Reciclaje de gas y polvo
Expulsión de gas en el resto
de supernova de la
nebulosa del Cangrejo.
El 30m y Herschel van a estudiar la evolución y propiedades químicas
de los episodios de pérdida de masa en las últimas fases de la
evolución estelar
Reciclaje de gas y polvo
Reciclaje de gas y polvo
Expulsión de CO
gaseoso en la estrella
de Carbono IRC+10216
(P.Cernicharo)
algunos envolturas
circulares
Gas en otros mundos
Fusión del par de galaxias
NGC3690-IC694
Herschel y el 30m serán capaz de observar las propiedades de los
medios interestelares de galaxias lejanas.
Gas en 6 galaxias
(ISO/LWS)
ISO LWS spectra of six infraredbright galaxies. The sequence
extends from emission line Arp 299
to ULIRG Arp220, whose spectrum is
dominated by absorption lines of OH,
H2O & [OI] (Fischer 2000)
Formación de estrellas en otras
galaxias
Región de formación
estelar masiva en la
Vía Láctea y el
Universo local:
Cúmulos de 104 M
con ~100 estrellas
de tipo O
Dos galaxias fusionándose
en el Universo Local:
Cúmulos de 106 M con 104
estrellas de tipo O
Galaxia joven rica en gas 3Giga
años después del Big Bang:
Núcleos de 109 M con 107
estrellas de tipo O
Herschel estudiará fenómenos de starburst, desde el Universo Local hasta los
más espectaculares primeros eventos del Universo joven.
Gas y polvo en la galaxia M51
IRAM 30m
Gas y polvo en la galaxia M51
30m/HERA
70m, 100m, 160m
CO 2-1
Interacción de la formación estelar con el
MIS en M33
M33: SA(s)cd, es decir, sin
barra, sin anillo
distancia=840kpc, 12”=49pc,
i=52o
M33 en Granada:
- IAA-CSIC: Jose Vilchez, Monica Relano, et al.
- UGR: Simon Verley
- IRAM: Carsten Kramer et al.
Interacción de la formación estelar con el
MIS en M33: el eje major
CO 2-1
CO 2-1
HI
24m
70m
160m
H
NUV
FUV
La banda Herschel va a observar en H2O, C+, O+, N+, polvo, ...
El proyecto Herschel HERM33ES (PI: C.Kramer) ha sido aceptado.
Hasta los confines del Universo
Hubble Deep Field
Hasta los confines del Universo
El campo profundo COSMOS
Área total de 2 grados cuadrados.
Censo de galaxias, cuya evolución y
densidad aumentan hasta z=1.5 (un
tercio de la edad del Universo, 4.3 Giga
años tras el Big Bang)
El campo de COSMOS
Imaginería COSMOS con
MAMBO/30m
MAMBO = Max-Planck Millimeter
Bolometer array en el telescopio
de 30m del IRAM
Un área de 20’x20’ mapeada con un
nivel rms de ruido de 1 mJy para un haz
de 11’’
Figura. Mapa final con MAMBO a 1.2
mm. Las fuentes detectadas están
marcadas con un círculo y su respectivo
número de identificación.
Detectadas:
15 fuentes >4σ significancia, 11 de
las cuales presentan equivalentes en
radio
10 fuentes 3σ – 4σ significancia
basadas en una identificación radio
Un censo de AGN polvorientos y
galaxias lejanas con formación
estelar
Sondeo simulado del subcampo
profundo de PACS
1.4°x1.4° XMM COSMOS field
Herschel llevará a cabo una gran cantidad de sondeos de imagen profunda para explorar el
evolución de la extinción libre en la formación estelar en el Universo joven.
Galaxias de formación estelar a diversos
desplazamientos al rojo
Combinando datos de sondeos en el óptico (SDSS), sondeos en HI, con un
sondeo en CO en el telescopio de 30m del IRAM (G.Kauffmann et al.)
Un censo de AGN polvorientos y
galaxias lejanas con formación
estelar
Quasardensity
cosmic star
formation
density
¡Un agujero negro de 3 billones
de masas solares 800 millones
de años después del Big Bang!
QSO1148+52 at z=6.4
observando con MAMBO/30m.
1
2
3
6
10 13.7
Tiempo después del Big Bang
(billones de años)
Herschel explorará el conjunto y la evolución conjunta de galaxias
masivas y agujeros negros
El desarrollo del Universo
Con el IRAM-30m y Herschel intentamos comprender la formación de la Vía
Láctea, el Sol y nuestro Sistema Solar y cómo se han desarrollado hasta el
presente
www.iram-institute.org
herschel.esac.esa.int/home.shtml