Chandra X-Ray Observatory - Max Planck Institut für Radioastronomie
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Chandra X-Ray Observatory - Max Planck Institut für Radioastronomie
Multifrequenz-Beobachtungen in der Astronomie Sommersemester 2007 Silke Britzen MPIfR, Bonn [email protected] Tel.: 0228 525 280 Literatur: spezifisch zu jeder Vorlesung Im Internet: www.mpifr-bonn.mpg.de/staff/sbritzen/. - Vorlesung als pdf-file - Literaturhinweise - (Archiv früherer Vorlesungen) 1 Multifrequenz-Beobachtungen in der Astronomie Sommersemester 2007 Themen & Daten 19.04.: Überblick 04.05.: Grundlagen: Teleskope 18.05.: Von Sternwarten zu Virtual Observatories: Durchmusterungen 01.06.: Deep Fields in „Bunt“ 15.06.: 29.06.:„Multifrequenzrätsel“ 13.07.:Multifrequenzkampagnen (Mrk 501, etc.) 27.07.: Die Multifrequenz-Zukunft 2 Grundlagen: Teleskope • Welche Teleskope in welchen Wellenlängenbereichen stehen zur Zeit zur Verfügung (Radio – TeV)? • Ausgewählte Teleskope im Detail (kurz) • Daten, Fakten, etc. • Beobachtungsmöglichkeiten (Details) • Die Highlights: die wichtigsten Beobachtungen der Instrumente 4 Grundlagen: (ausgewählte) Teleskope Zur Zeit stehen zur Verfügung: • Radio: – Single-dish, Lokale Interferometer, VLBI, geodätische Teleskope, etc. ….. – Kein Weltraumteleskop zur Zeit • Mikrowellen: – Weltraum: WMAP - APEX, etc. • Infrarot: – Weltraum: Spitzer – Flugzeug: SOFIA – VLT/I, etc. • Optisch: – Weltraum: HST – VLT/I, etc. • UV: – Weltraum: HST – GALEX Spitzer 5 Grundlagen: Teleskope Zur Zeit stehen zur Verfügung: • Röntgen: – – – – – • Suzaku (aka Astro-E2) RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer) CHANDRA XMM-Newton etc. Gamma: – INTEGRAL – SWIFT – etc. • TeV: – HESS – MAGIC, etc. Teleskope in blau sind Thema der heutigen Vorlesung. 6 Teleskope Das elektromagnetische Spektrum 7 Elektromagnetisches Spektrum / Absorption in der Atmosphäre 8 in Kürze • • • • • Mikrowellen: Dezi-, Zenti- und Millimeterwellen (300 MHz – 300 GHz) {Mikrowellenherd arbeitet bei 2.45 GHz} Röntgenphotonen haben Energien zw. 100 eV und 250 keV: 3 1016 Hz – 6 1019 Hz weiche Röntgenstrahlen: kleinste Energie harte Röntgenstrahlen: größte Energie, höchste Frequenz, kleinste Wellenlänge Röntgenstrahlen für das menschliche Auge sichtbar 9 Röntgen Absorption Beobachtungen von der Erde nicht möglich Problem: es fehlen Materialien, die Röntgenstrahlen wie sichtbares Licht reflektieren oder brechen, alle absorbieren Photonen im Röntgenbereich! Spiegelanordnungen nach Erfinder H. Wolter als Wolter Teleskope bezeichnet: der Effekt der Totalreflexion von Röntgenstrahlen bei streifendem Einfall an Metallspiegeln 10 Röntgenstrahlen passieren die meisten Materialien, nur im Grenzfall der Totalreflexion gelingt Reflexion der Strahlen: Spiegel parallel zur Sichtlinie notwendig. Spiegel ineinander verschachtelt (nested). 11 Teleskope Frequenzen: sub-mm / Mikrowellen WMAP 12 Mikrowellen: kosmische Hintergrundstrahlung 13 WMAP 14 WMAP • • • • • • • WMAP (früher MAP) ist eine am 30. Juni 2001 gestartete amerikanische Raumsonde MAP: Microwave Anisotropy Probe; dient der Erforschung von Unregelmäßigkeiten in der kosmischen Hintergrundstrahlung Dezember 2002 umbenannt in WMAP, „W“ steht für den Physiker David Todd Wilkinson (1935-2002), den Entdecker der kosmischen Hintergrundstrahlung WMAP Nachfolger von COBE (Nobelpreis) Instrumente messen Temperaturunterschiede im Bereich von 20 millionstel Grad 840 kg Nachfolger: Planck (Europäische Raumsonde, dreifach höhere Auflösung, ab 2008) 15 WMAP • garantierte Beobachtungen bis September 2009 16 WMAP 17 WMAP • Ergebnisse: – Zusammensetzung des Universums: 4% Materie, 23% Dunkle Materie, 73% Dunkle Energie – flaches Universum – Expansion dauert aufgrund Dunkler Energie ewig an – Alter des Universums: 13.7 Milliarden Jahre – erste Sterne: vor 13.5 Milliarden Jahren 18 Teleskope Frequenzen: Infrarot Sofia / Spitzer 19 Sofia Das fliegende Infrarot-Observatorium 20 Sofia • • • • • • • • • • • • • Sofia: Stratosphären Observatorium für Infrarot-Astronomie Erster Testflug: 26.04.2007 !!!!!! Infrarot-Strahlung auf Erde unzugänglich Transport des Teleskops nach Waco, Texas, Herbst 2002 zur Zeit: Testbetrieb 2.5 m Teleskop, Boeing 747SP-Verkehrsflugzeug Flughöhe: 12 km (darunter: absorbierender Wasserdampf in der Troposphäre) 20 Jahre Betrieb geplant: pro Jahr bis zu 160 astronomische Messflüge Jeder Beobachtungsflug: 6 – 8 Stunden Zusammenarbeit NASA, DLR Deutschland liefert Teleskop, beteiligt sich mit 20% am Betrieb und bekommt 30 Wissenschaftsflüge pro Jahr Stuttgart: Deutsches SOFIA-Institut (DSI) ab 2009 Beobachtungen 21 Typische Arbeitsfelder und Themenbereiche für die SOFIA-Nutzer •Die Physik der interstellaren Wolken und der Sternentstehung in unserer Galaxis •Proto-planetare Scheiben und Planetenentstehung in nahen •Ursprung und Entwicklung von biogenetischen Atomen, Molekülen und Mineralien •Die Zusammensetzung und die Struktur von Planetenatmosphären und ringen und Kometen •Die Sternentstehung, die Dynamik und die chemischen Bestandteile anderer Galaxien •Die dynamische Aktivität im Zentrum der Milchstraße. 22 Kenndaten des SOFIA-Flugzeugs Start der Entwicklungsphase: Januar 1997 Beginn der Testflüge: Frühjahr 2007 Beginn des Wissenschaftsbetriebs: ? Geplante Lebensdauer: 20 Jahre Zahl der Beobachtungsflüge pro Jahr: ca. 160 Teleskop-Plattform: Boeing 747SP-Flugzeug, Rolltür als Teleskopöffnung auf der Backbordseite des hinteren Rumpfes Flughöhe für astronomische Beobachtungen: 11 km bis 13,5 km Beobachtungszeit in 12 km Höhe oder höher: > 6 Stunden Gesamtbeobachtungszeit pro Jahr: > 960 Stunden Umgebungstemperatur im Teleskopraum: 210 K bis 330 K Betriebsmannschaft im Flug: 3 Personen im Cockpit, 10 bis 15 Operatoren/Wissenschaftler/Ausbilder/Gäste Heimatflughafen: Moffett Field am NASA Ames Research Center, Kalifornien, regelmäßige Verlegungen in die südliche Hemisphäre 23 Kenndaten des SOFIA-Teleskops Gewicht des Teleskops: ca. 20 Tonnen Teleskopkonfiguration: Cassegrain-Teleskop mit Nasmyth-Fokus, während der Mission permanenter Zugang zum wissenschaftlichen Instrument von der Kabine aus Struktureller Aufbau: Kohlefaser-Struktur in Hantelform, Spiegeltubus in Gitterbauweise Rotations-Isolationssystem: Hydrostatisches Öllager mit 2 Ringsegmenten, 1.200 mm Durchmesser, 20 bis 30 µm Spalthöhe, 10 - 30 bar Versorgungsdruck Antriebssystem für Rotation: Zahnkranztrieb für Grob-Elevation, bürstenlose, gekrümmte Gleichstrom-Linearmotoren für Feinelevation, Cross-Elevation und "line-of-sight" (L.O.S.) Vibrations-Isolationssystem: je 12 Luftfedern in Längs- und Tangentialrichtung rings um das hydrostatische Lager und 3 Dämpferlemente Primärspiegel (PM): Durchmesser: 2,70 m, Öffnung: 2,50 m, leichtgewichtete ZERODUR-Struktur auf 18-Punkt"Whiffle-Tree"-Lagerung, aluminiumvergütet, PM-Blendenzahl: f/1,28 Sekundärspiegel (SM): Silizium-Carbid (SiC)-Material, Durchmesser: 352 mm, aluminiumvergütet 24 Kenndaten des SOFIA-Teleskops SM-Funktionen: Fokussierung, Justage, Chopping (2-Achsen in beliebiger Richtung, Offset, 3-Punkt, stationär) Tertiärspiegel (TM): 2 ebene Spiegel, teildurchlässig (goldvergütet) und reflektierend (aluminiumvergütet) Blendenzahl des Gesamtsystems: f/19,6 Spektralbereich: 0,3 µm bis 1600 µm Unvignettiertes Gesichtsfeld: 8 Bogenminuten Bewegungsbereiche: Elevation 15 - 700 (unvignettiert 20 bis 600), Cross-Elevation und L.O.S. +/- 3° Bildqualität: 80% Energie in einem Kreis mit 1,5 Bogensekunden Durchmesser bei 0,6 µm Wellenlänge Bildstabilität: 0,8 Bogensekunden zu Beginn des Betriebs und 0,2 Bogensekunden nach einem Optimierungsprogramm 25 26 27 Artist concept of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon molecule 28 • • • • • • • • • • • Spitzer-Weltraumteleskop (Spitzer Space Telescope, SST) früher SIRTF (Space Infrared Telescope Facility) benannt nach Astrophysiker Lyman Spitzer Infrarotteleskop der NASA: 3-180 μm Problem: Teleskope produzieren ihre eigene Wärme -> Kühlung notwendig Lebensdauer: 5 Jahre 2008: Kühlmittel für Detektoren werden verdampft sein um störende Wärmestrahlung der Erde zu vermeiden, bewegt sich das Teleskop nicht in einem Erdorbit, sondern in einem heliozentrischen, der Erdbahn folgenden Orbit: es ist kein Erdsatellit 0.85 m großer Hauptspiegel, kleinerer zweiter Spiegel aus Beryllium von 3-80 microns (menschliches Haar: 50 micron) „The Far, the Cold and the Dusty“: die ältesten Sterne und Galaxien, Braune Zwerge und zirkumstellare Scheiben, Staubverdeckte Prozesse wie Sternen- und Planetenentstehung 29 Beobachtungsziele: • Erforschung von Protoplanetaren Scheiben, Vorgänge bei der Entstehung von Planetensystemen • Braune Zwerge • Infrarotgalaxien • Aktive Galaxienkerne • frühes Universum 30 Launch Date: 25 August 2003 Launch Vehicle/Site: Delta 7920H ELV / Cape Canaveral, Florida Estimated Lifetime: 2.5 years (minimum); 5+ years (goal) Orbit: Earth-trailing, Heliocentric Wavelength Coverage: 3 - 180 microns Telescope: 85 cm diameter (33.5 Inches), f/12 lightweight Beryllium, cooled to less 5.5 K Diffraction Limit: 6.5 microns Science Capabilities: Imaging / Photometry, 3-180 microns Spectroscopy, 5-40 microns Spectrophotometry, 50-100 microns 31 Planetary Tracking: 1 arcsec / sec Cryogen / Volume: Liquid Helium / 360 liters (95 Gallons) Launch Mass: 950 kg (2094 lb) [Observatory: 851.5 kg, Cover: 6.0 kg, Helium: 50.4 kg, Nitrogen Propellant: 15.6 kg] 32 Major Innovations •Choice of Orbit •Warm-Launch Architecture •New Generation of Large-Format Detector Arrays •Lightweight, cryogenic optics The Spitzer Team •Jet Propulsion Laboratory •Spitzer Science Center, California Institute of Technology •Ball Aerospace and Technologies Corporation •Lockheed Martin Space System Company •Smithsonian Astrophysical Observatory •NASA-Goddard Space Flight Center •Cornell University •University of Arizona 33 • M104 (Sombrero Galaxie), HSTBild, Infrarot durch Spitzer • 50 000 Lj Durchmesser • Virgo-Haufen (Entfernung 28 Mio Lj), 2000 Kugelsternhaufen, SMSL • Spitzer zeigt Sternlicht … 34 Teleskope: Spitzer • 300000 Spitzer Bilder der Großen Magellanschen Wolke (Entf. 160000 Lj) kombiniert • Details jetzt sichtbar: – Neue Sterne „zählbar“ – Wieviel Staub geben alte Sterne in die Galaxie ab? – Sternentstehungsrate bestimmbar IRAS 35 Teleskope: Spitzer • Wavelength: IRAC-only image: 3.6 (blue), 4.5 (green), 5.8 and 8.0 (red); IRAC + MIPS: 3.6 (blue), 8.0 (green), and 24 (red) Exposure Date: IRAC: July 15- 26, 2005, and October 26- November 2, 2005; MIPS: July 27- August 2, 2005, and November 2-9, 2005 Exposure Time: IRAC: 43 seconds (HDR); MIPS: 60, 30 and 6 seconds for 24, 70 and 160 microns respectively Image Scale: 7.36 x 7.36 IRAS degrees 36 Teleskope Frequenzen: UV Galex / Swift 37 Galex 38 Galex • • Galex: Galaxy Evolution Explorer UV: 50cm Teleskop – Entwicklung der Galaxien, Sternentstehung – UV All-sky survey • • • • • • Launch: 28.04.2003, 29 Monate 500 Pfund oder weniger 690 km über der Erde ein einziges Instrument, state-of-the-art UV Detektor UV-Beobachtungen auf der Erde aufgrund von Streuung am Ozon der Atmosphäre nicht möglich umrundet die Erde 16mal pro Tag, Geschwindigkeit: 7.5 km/s 39 Galex Three-stage Pegasus launch vehicle Mit Düsenjet auf 10 km Höhe gebracht Rakete erreicht mit eigenem Antrieb eine Höhe von 690 km 40 Galex • Dieses Bild hebt die versteckten Spiralarme (blau) hervor, die in der nahgelegenen Galaxie NGC 4265 mit den ultravioletten Augen von NASA's GALEX entdeckt wurden 41 Galex • M81 Spiralgalaxie • ältere Population innen • junge Sternpopulation außen •oben: UV-Blick auf die Andromeda-Galaxie. Foto: JPL / NASA / Caltech •unten: Die Andromeda-Galaxie im sichtbaren Bereich des Lichts. 42 Galex MISSION NAME: Galaxy Evolution Explorer (GALEX), a NASA small explorer class mission. OBJECTIVE: To map the history and evolution of the Universe, 80 percent of the way back to the Big Bang. GALEX aims to answer the questions: 1.What is the history of star formation in the Universe? 2.What do nearby galaxies look like in ultraviolet light? 3.When and where did the stars and elements we see today have their origins? LAUNCH DATE: GALEX was launched at 8am EDT (5am PDT) on April 28th, 2003. MISSION DURATION: LAUNCH SITE: 29 months. Cape Canaveral, Kennedy Space Center, Florida. LAUNCH VEHICLE: Air launched Pegasus XL. Carried by an L-1011 Stargazer aircraft to 40000 feet over the Atlantic Ocean. ORBIT: Near circular, altitude 694 x 700 km, eccentricity 0.00045, inclination to the equator 28.99 degrees. Right Ascension of the Ascending Node is 118.23 degrees. 43 Galex SATELLITE MASS: 280 kilograms (a little more than 617 pounds). TELESCOPE: f/6.0 Richey-Chrétien design, 50 centimeter (19.7 inches) diameter primary mirror, 22 centimeter (8.8 inches) diameter secondary mirror. DETECTORS: Two 65 millimeter (2.5 inches) diameter, microchannel plate detectors. Far ultraviolet sensitive to light with wavelengths 135 to 175 nanometers. Near ultraviolet sensitive to light with wavelengths 175 to 280 nanometers. OBSERVING TIMELINE: Dayside of the Earth: no science observations, solar panels aligned to face the Sun. Twilight: slew to science target. Night: science data collection while spacecraft is in Earth's shadow. 44 Galex DATA PRODUCTS: Circular images of the sky with 1.2 degree diameter and 5 arcsecond resolution in two ultraviolet light bands. Spectra with 10 to 20 Angstrom resolution of all objects in the field of view obtained using a grism in the light path. TELEMETRY SYSTEM: X-band science downlink has 25 Megabits per second transmission. S-band command and housekeeping data link, 2 Megabits per second transmission. GROUND STATIONS: South Point, Hawaii, and Dongara, Australia. Tracking and Data Relay Satellite (TDRS) communications system capable. SOLAR ARRAYS: Fixed, Gallium Arsenide solar cells with total area of 3 square meters (27 square feet). POWER SUPPLY: Orbit average of 290 watts. CONSUMABLES: No consumable fuel needed on orbit. SPACECRAFT ATTITUDE CONTROL: 3-axis stabilized. Two gyroscope systems; a hemispherical resonating gyroscope and a ring laser gyroscope. Pointing stability from four reaction wheels and magnetic torquer bars and coil. 45 Teleskope Frequenzen: Röntgen Suzaku / XMM-Newton / CHANDRA 46 Suzaku 47 48 • • • • • • • 10.Juli 2005, Uchinoura Space Center in Japan kurz nach dem Start wurde die Mission von Astro-E2 in Suzaku umbenannt Suzaku ist die Nachbildung von AstroE, der beim Start 2000 verloren ging Suzaku: Roter Vogel des Südens Japans 5. Mission Röntgen Microcalorimeter: enorme Energieauflösung 8.8.2005: Hauptinstrument fällt aus, trotzdem funktionieren: XIS und HXD 49 Year of Publication Energy Range Number of Sensors Number of Pixels Pixel Size Effective area per sensor Energy Resolution(FWHM) Field of View Imaging Capability Others XRS XIS HXD 0.5 - 12 keV 0.4 - 10 keV 10 - 700 keV 1 4 (one CCD chip/sensor) 1 (16 identical units) 32 (2 x 18)[image] 1024 x 1024 for each CCD 0.94' x 0.24' mm 19' x 19' 190 cm2 1300 cm2 12 eV 130 eV 1.9' x 4.2' 19'x19' Limited (2 x 18 pixels) Full 160 cm2 (< 30 keV) 330 cm2 (> 40 keV) 3.5 keV (10 - 40 keV) (9% @ 662 keV) 0.8 deg. (FWHM @ 60 keV) 0.56 x 0.56°< 100 keV 4.6 x 4.6°> 200 keV 2 yr lifetime 50 • X-ray Spectrometer 0.3-12 keV • X-ray Imaging Spectrometer (0.2-12 keV) • Hard X-ray Detector (10-600 keV) Beobachtungsziele: • Neutronensterne • Schwarze Löcher • Supernova-Überreste • Galaktische Kerne • Galaxienhaufen 51 Röntgen / XMM-Newton • • XMM Newton, X-ray Multi-Mirror, ESA, gestartet 10.12.1999 (an Bord einer Ariane-5G), bis 2010 in Betrieb Hauptaufgabe: energiereichste Prozesse wie Materieeinfall auf Schwarze Löcher und Leben und Sterben der Sterne (Supernovae) 53 Röntgen / XMM-Newton • 3.8 t, exzentrische Umlaufsbahn, Äquatorneigung von 38.7 Grad und Höhe von 850-114000 km • Bahn mit 48 Stunden Umlaufszeit erlaubt lange ununterbrochene Beobachtungen veränderlicher Objekte und verläuft außerhalb der störenden Strahlungsgürtel der Erde • ESOC in Darmstadt überwacht das Teleskop • Daten werden in Villafranca (Spanien) aufbereitet und verwaltet • massereichster Satellit der jemals in Europa gebaut wurde (durch Integral inzwischen übertroffen) • 3 parallel ausgerichtete Röntgentelskope (Wolter-Telskop-Typ 1), beobachten gleichzeitig dasselbe Gebiet • jedes Teleskop besteht aus 58 ineinander verschachtelten dünnen aber hochgenauen Spiegelschalen; Brennweite: 7.5m, Duchrmesser:70cm • Vergleich mit CHANDRA: wesentlich größere effektive Sammelfläche besonders für harte Röntgenstrahlung um 7 keV, aber schlechtere Abbildungsqualität von 5 Bogensekunden Halbwertsbreite für eine Punktquelle 54 Röntgen / XMM-Newton • Instrumente an Bord: – drei Photon Imaging Cameras (EPIC), liefern Röntgenaufnahmen im Bereich 0.1-15 keV, erlauben Variabilitätsstudien mit hoher Zeitauflösung – zwei Reflection Grating Spectrometers, durch die Verwendung eines zusätzlichen Gitterspektrometers können hellere Quellen mit wesentlich besserer Energieauflösung im Energieberiech 0.35-2.5 keV untersucht werden – Optical Monitor, 30 cm Spiegeldurchmesser, damit gleichzeitige Messung im Röntgen / Sichtbaren / UV möglich 55 Röntgen / XMM-Newton • Ergebnisse: – Röntgenspektroskopie der Koronae von Sternen – heißes Gas in Galaxienhaufen, die zeigen, daß die vermuteten „Cooling Flows“ in denen sich das heiße Gas rasch abkühlt so nicht existieren – empfindlichste Himmelsaufnahme im harten Röntgenlicht, mit der sich die Entwicklung aktiver galaktischer Kern in den Frühphasen des Universums untersuchen läßt 56 • die Freizeit zw. den Beobachtungen wird für eine Himmelsdurchmusterung genutzt, mehr als 25% des Himmels wurden beobachtet (jetzt seit 4 Jahren) • 15% öffentlich: mehr als 2700 helle Quellen, 2000 Quellen geringerer Signifikanz • speziell für AGN, bis zu einer Rotverschiebung von 3.4 • 15% sind ausgedehnt (Galaxienhaufen), viele Neuentdeckungen 57 Röntgen / XMM-Newton 58 The Chandra X -Ray X-Ray Observatory Title • CHANDRA T THE HE F FORMAL ORMAL B BEGINNING EGINNING -- 1976 1976 CHANDRA T THE HE R REAL EAL B BEGINNING EGINNING -- 1963 1963 CHANDRA T THE HE O OPTICS PTICS –– FLIGHT FLIGHT SYSTEM SYSTEM CHANDRA T THE HE O OPTICS PTICS CHANDRA Chandra X-Ray Observatory Grazing CHANDRA Polishing a CXO Mirror Shell CXO Mirror Fabrication CHANDRA Chandra in Cargo Bay C a r g o B a y 66 Chandra X-Ray Observatory C r e w 67 LLAUNCH AUNCH z Mon/Tue July 19/20 Sensor spike - hydrogen in the engine compartment z zWed/Thurs z Lightning zThurs/Fri July 21/22 in the vicinity July 22/23 z Launch! CHANDRA Chandra X-Ray Observatory STS-93 Launch CXC Chandra X-Ray Observatory D e pl o y 70 Chandra X-Ray Observatory CXC Chandra X-Ray Observatory Chandra’s Orbit From above, with radiation belts & Moon CXC Side view, showing radiation belts E S p e c t r u m 73 Chandra X-Ray Observatory • • • • • • • • • CXC Chandra X-ray Observatory, Satellit mit Röntgenteleskop am 23.07.1999 von der NASA mit Space Shuttle Columbia in die Umlaufbahn gebracht nach dem Astronomen Subrahmanyan Chandrasekhar benannt in Entwicklungs- und Bauphase AXAF (Advanced X-ray Astrophysics Facility) genannt, aber noch vor dem Start umbenannt ist bisher gröter Satellit, der mit einem Space Shuttle in eine Umlaufbahn befördert wurde ein Umlauf dauert 64 Stunden, 18 Minuten mehr als 55 Stunden können für die Beobachtung benutzt werden Great Observatory Program der NASA (nach Hubble und CGRO) + Spitzer Chandra X-Ray Observatory • Chandra ist ausgerüstet mit – vierfach verschachteltem Wolter-Teleskop – zwei Transmissionsgitter-Spektrometern LETGS (Low Energy Transmission Gratings Spectrometer) – HETGS (High Energy Transmission Grating Spectrometer) – abbildendes Spektrometer (ACIS, Advanced CCD Imaging Spectrometer) CXC Chandra X-Ray Observatory Auflösung: 0.5 Bogensekunden ROSAT hatte 4 Bogensekunden!!!!! CXC CHANDRA Chandra X-Ray Observatory First Light: Cas A Cas A, Spectrum 78 CXC Data: Cas A Cassiopeia A: the different faces of an image 79 C CASSIOPEIA ASSIOPEIA A A Hwang Hwang et et al. al. 2004 2004 Tananbaum et al. 1999 CHANDRA Data: Showcasing Images Showcasing Images: SNR Collection 81 Data: In Motion, Crab Crab Nebula Movie: Shocking Secrets of the Crab Pulsar 77 Chandra Chandra images images taken taken over over several several months months were were stacked stacked into into this this timelapse timelapse movie movie Provides Provides stunning stunning view view of of the the activity activity in in the the inner inner region region around around the the Crab Crab Nebula Nebula pulsar pulsar 82 Data: X-ray+Opt, Stephan Not Just X-ray: Stephan’s Quintet Shock-heated Shock-heated gas, gas, visible visible only only in in X-ray, X-ray, has has temperature temperature of of about about 66 million million degrees degrees Celsius. Celsius. Heating Heating produced produced by by the the rapid rapid motion motion of of aa spiral spiral galaxy galaxy intruder intruder located located to to the the right right of of the the 83 shock shock wave wave in in the the center center of of the the image. image. Data: Xray+Opt, 3079 Two Are Better Than One?: NGC 3079 Towering Towering filaments filaments of of warm warm (~ (~ 10,000 10,000 C) C) and and hot hot (~ (~ 10 10 million million C) C) gas gas blend blend to to create create the the bright bright horseshoe-shaped horseshoe-shaped feature. feature. Formed Formed when when superwind superwind of of hot hot gas gas collided collided w/cold w/cold gas gas in in galactic galactic disk; disk; full full extent extent of of superwind superwind 84 shows up as fainter conical cloud of X-ray emission surrounding the filaments. shows up as fainter conical cloud of X-ray emission surrounding the filaments. Data: In Motion, GC Mosaic of Galactic Center 400 400 by by 900 900 light-year light-year mosaic mosaic of of several several images images of of central central region region of of Milky Milky Way Way galaxy galaxy Hundreds Hundreds of of white white dwarfs, dwarfs, neutron neutron stars stars & & black black holes holes bathed bathed in in fog fog of of multimillion-degree multimillion-degree 85 gas gas G zoom in GALACTIC ALACTIC C CENTER ENTER --zoom in-- 8.4’ Baganoff et al. 2003 CHANDRA Chandra X-Ray Observatory Antennae CXC T THE HE A ANTENNAE NTENNAE Red = Fe Green = Mg Blue = Si Fabbiano et al. 2004 CHANDRA C CHANDRA HANDRA D DEEP EEP F FIELD IELD N NORTH ORTH Brandt, Garmire et al. 2003 CHANDRA Supernova Shell Illustration: GRB-SNR GRB Jets Gamma Ray Burst & Supernovas GRB GRB afterglow afterglow may may be be produced produced when when the the jet jet of of high-energy high-energy particles particles interacts interacts with with the the expanding expanding supernova supernova shell. shell. 90 Data: Spectra GRB 020813: •• 21-hour 21-hour observation observation of of the the afterglow afterglow of of the the GRB GRB 020813 020813 revealed revealed an an overabundance overabundance of of elements elements characteristically ejected by the supernova explosion of a massive star. characteristically ejected by the supernova explosion of a massive star. •• Afterglow Afterglow is is thought thought to to be be produced produced by by the the interaction interaction of of aa jet jet of of high-energy high-energy particles particles with with the the expanding expanding supernova supernova shell. shell. •• Narrow Narrow lines lines due due to to silicon silicon and and sulfur sulfur ions ions were were clearly clearly identified identified in in the the X-ray X-ray spectrum. spectrum. •• Two Two gratings gratings dispersed dispersed X-rays X-rays from from the the source source like like aa prism prism disperses disperses visible visible light light to to produce produce 91 the crossed bands the narrow bright regions are the spectral lines. the crossed bands - the narrow bright regions are the spectral lines. Illustration: AGN-Flr Black Hole with Accretion Disk, Torus & Jets Black Black hole hole surrounded surrounded by by aa disk disk of of hot hot gas gas & & aa large large torus torus of of cooler cooler gas gas and and dust dust Light Light blue blue ring ring on on the the back back of of the the torus torus is is due due to to the the fluorescence fluorescence of of iron iron atoms atoms excited excited by by X-rays X-rays from from the the hot hot gas gas disk disk Jets Jets of of high high energy energy particles particles are are propelled propelled away away from from the the black black hole hole by by intense intense electric electric 92 and magnetic fields. and magnetic fields. Centaurus A C e n t a u r u s A 93 JJETS ETS M87 GB 1508+5714 Jet at Redshift 4.3 Forman et al. 2004 Siemiginowska et al. 2003 CHANDRA Putting it together: On Paper & On the Web 95 X RAY A X--RAY ASTRONOMY STRONOMY R ROADMAP OADMAP Black Hole Event horizon Chandra Constellation-X XMM-Newton MAXIM 10 Million times MAXIM finer imaging 0.1-1.0 m2 0.1 micro arc sec 20-100 times increased sensitivity for spectroscopy Astro-E2 First Clusters of Galaxies Generation-X 0.1-0.35 m2 0.5-90 arc sec m2 3 5-15 arc sec Constellation-X endorsed by NAS McKeeTaylor Survey & Q2C report as high priority mission for this decade 1000 times deeper X-ray imaging First Black Holes & Galaxies 50-150 m2 0.1-1 arc sec CHANDRA Teleskope Frequenzen: Gamma INTEGRAL 97 o n INTEGRAL r e c o r d ( G R B • INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory 0 3 1 2 0 3 ) •M a p p i n g t h e g a l a c t i c p l a n e i n 98 o n INTEGRAL r e c o r d • • • • • • • ( G LAUNCH DATE:17-Oct-2002 04:41 UT R B MISSION END:Nominal 2 years - extended to 16 December 2010 0 LAUNCH VEHICLE:Proton 3 1 2 LAUNCH MASS:4000 kg 0 3 MISSION PHASE:Operational ) ORBIT: •M Elliptical 72 hour ap ACHIEVEMENTS:pi n g • • • • • • Spectral measurements of gamma-ray sources t h Detection of gamma-ray bursts, including the closest and faintest e on record (GRBg 031203) a Mapping the galactic plane in gamma-rays l a Resolving diffuse ctgamma-ray emission from galactic centre i Providing supporting evidence for torii in AGN c Finding new classp of highly absorbed objects l a n e i n 99 • • • • • • • • • • • • Spacecraft Prime contractorAlenia Spazio, Turin, Italy Launch date17 October 2002 LauncherRussian Proton rocket Launch mass4 tonnes DimensionsHeight5 metresDiameter3.7 metresSolar panels16 metres across Instruments InstrumentTopicPrincipal investigator institutes SPISpectrometer with cooled Ge detectors, coded mask and active shieldJ.-P. Roques, CESR Toulouse, France and R. Diehl, MPE Garching, Germany IBISImager with two detector layers (CdTe array, 16 000 pixels and Csl array, 4000 pixels) and coded maskP. Ubertini, IAS Rome Italy; F. Lebrun, CE-Saclay, France; G. DiCocco, ITESRE Bologna, Italy JEM-XX-ray monitor with microstrip proportional counter and coded maskN. Lund, DSRI, Copenhagen, Denmark OMCOptical monitor with CCD and lens opticsM. Mas-Hesse, LAEFF-INTA, Madrid, Spain 100 • • • • • • • • Orbit Highly eccentric 72-hour orbit around the Earth. Perigee: 9000 km Apogee: 153 000 km Inclination: 51.6o The spacecraft will spend most of its time above an altitude of 40 000 kilometres outside Earth's radiation belts thereby reducing background radiation effects. Operations Centre InstituteLocationMission Operations Centre (MOC)ESOC, Darmstadt, GermanyINTEGRAL Science Operations Centre (ISOC)ESAC, Madrid, SpainINTEGRAL Science Data Centre (ISDC)Geneva, SwitzerlandGround stationsRedu/ESABelgiumGoldstone/NASAUnited States 101 Teleskope Frequenzen: Gamma SWIFT 102 103 Launch Products • Model booklet • Lithograph with educational activity • Fact sheet • CD with http://swift.gsfc.nasa.gov • Stickers • Patches • Angling for GRBs poster • Teeshirts 104 105 • • • • • • • • Swift: Forschungssatellit der NASA mit britischer und italienischer Beteiligung, der Gammablitze detektiert und untersucht 20.November 2004 von Cape Canaveral gestartet kreisförmiger Orbit ca. 600 km über der Erdoberfläche Ziel: schnellstmögliche und genaue Lokalisierung der kurzlebigen Gammablitze Burst Alert Telescope (BAT) detektiert Gammablitze (Photonenenergiebereich: 15-150 keV) 100 Gammablitze pro Jahr detektieren, Position kann auf 1-4 Bogenminuten bestimmt werden Röntgen-Teleskop (XRT) kann Nachleuchten im Röntgenbereich untersuchen (300eV-3KeV), bestimmt Position auf 3-5 Bogensekunden genau, nimmt auch Röntgenspektrum auf Ultraviolett/optisches Teleskop (UVOT), 30 cm Durchmesser (170650 nm), Positionsgenauigkeit 0.3 Bogensekunden, kann auch Spektren aufnehmen 106 Related Swift Sites Operations •Swift Mission Operations Center (MOC) at Penn State University (PSU) •Swift Science Data Center (SDC), responsible for processing Swift data •ASI Malindi, Kenya, Ground Station •GRB Coordinates Network (GCN) •Information on GCN/Swift GRB Notices Lead University Partner: •Penn State University International Hardware Partners: •University of Leicester •Mullard Space Science Laboratory •Osservatorio Astronomico di Brera •ASI Science Data Center GRB Follow-Up Organization •University of California at Berkeley Key Associate Institutions •Institute of Space and Astronautical Science •Los Alamos National Laboratory •Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik Outreach: •Sonoma State University •Swift Mission pages at the NASA website Spacecraft Contractor: •Spectrum Astro Team and Project: •Swift Team Pages •Swift Project Pages + Full Swift Participant List 107 • am 4.9.2005 wurde der stärkste je dokumentierte Gammablitz gemessen (von einem Objekt in 13 Milliarden Lichtjahre Entfernung) • am 18.02.2006 wurde mit 33 Minute der bisher bei weitem längste Gammablitz von einem 440 Mio Lichtjahre entfernten Objekt gemessen 108 • Rotverschiebungen historisch • GRBs wurden nur bei hohen Rotverschiebungen detektiert • Gehören zu den entferntesten Objekten des Universums 109 • • UVOT Bilder der Supernova 2006X (SN2006X) in M100 (V,B,U) links 11.11.2005; rechts 8.2.2006 nach der Explosion V,UVW1, Röntgen 110 Teleskope 111 Multifrequenz-Beobachtungen in der Astronomie Sommersemester 2007 Themen & Daten 19.04.: Überblick 04.05.: Grundlagen: Teleskope 18.05.: Von Sternwarten zu Virtual Observatories: Durchmusterungen 01.06.: Deep Fields in „Bunt“ 15.06.: 29.06.:„Multifrequenzrätsel“ 13.07.:Multifrequenzkampagnen (Mrk 501, etc.) 27.07.: Die Multifrequenz-Zukunft 112 04.05.: Grundlagen: Teleskope, Detektoren & Emissionsmechanismen CHANDRA - Highlights 113 114 NASA's Chandra X-ray Observatory Exploring the X-ray Universe 2006 115 Images: 31 M82: Stunning View of Starburst Galaxy 116 Images: 35 Andromeda Galaxy (M31): The Heat is on in Andromeda's Center 117 Images: 36 NGC 4696 in the Centaurus Galaxy Cluster: Black Holes Found to be Green 118 Images: 01 NGC 3079: Superwind Sculpts Filamentary Features 119 Images: 33 Puppis A: Chandra Reveals Cloud Disrupted by Supernova Shock 120 Images: 02 Crab Nebula: Shocking Secrets of the Crab Pulsar Revealed in X-rays 121 Images: 37 3C 75 in Abell 400: Black Holes Determined to be Bound 122 Images: 32 Mz 3: Planetary Nebula – Fast Winds from Dying Stars 123 Images: 05 Cassiopeia A: Chandra's Celestial Fireworks 124 Images: 40 SN 1006: The Hot Remains of a 1000 Year-Old Supernova 125 Images: 06 NGC 6240: Never Before Seen: Two Supermassive Black Holes in the Same Galaxy 126 Images: 07 Centaurus A: Arcs Tell the Tale of a Giant Eruption 127 Images: 08 G292: Chandra Looks at the Aftermath of a Massive Star Explosion 128 Images: 45 Trumpler 14: Bright Young Stars Mix It Up 129 Images: 09 Sagittarius A*: Milky Way Monster Stars in Cosmic Reality Show 130 Images: 28 Saturn: X-rays from Saturn Pose Puzzles 131 Images: 10 M87: Chandra Sheds Light on the Knotty Problem of the M87 Jet 132 Images: 11 M83: X-rays Reveal Nature of Spiral Galaxy's Boisterous Activity 133 Images: 34 J0617 in IC 443: The Case of the Neutron Star with a Wayward Wake 134 Images: 12 DEM L71: Supernova Origin Revealed 135 Cygnus X-1, XTE J1650-500 & GX 339-4: "Iron-Clad" Evidence for Spinning Black Hole 136 ILLUSTRATION Images: 29 Kepler’s Supernova Remnant: Unravelling a 400-Year Old Supernova Mystery 137 Images: 14 M86: Cluster’s Gain is Galaxy’s Loss 138 Images: 16 A2029: Hot News for Cold Dark Matter 139 Images: 44 G21.5-0.9: Cosmic Shell-Seekers Find a Beauty 140 Images: 17 44i Bootis: The Terrible Twos: What Might Happen if Our Sun had a Twin 141 ILLUSTRATION Images: 18 The Crescent Nebula: Live Fast, Blow Hard And Die Young 142 Images: 46 Tycho's Supernova Remnant: Tycho's Remnant Provides Shocking Evidence for Cosmic Rays 143 Images: 19 SNR 0103-72.6: Chandra Finds Rich Oxygen Supply Inside Glowing Ring 144 Images: 20 The Tarantula Nebula: A Drama Of Star Formation And Evolution 145 Images: 43 Orion Nebula: Planetary Protection: X-ray Super-Flares Aid Formation of "Solar Systems" 146 Images: 21 Jupiter: Hot Spot Makes Trouble For Theory 147 Images: 22 Galactic Center: Chandra Takes In The Bright Lights, Big City Of The Milky Way 148 Images: 26 N132D: Faint Afterglow of Nearby Stellar Explosion 149 Images: 27 Abell 2125: Chandra Catches Early Phase of Cosmic Assembly 150 Images: 38 Cartwheel Galaxy: Astronomers Do Flips Over Cartwheel Galaxy 151 Images: 39 Perseus Cluster: Chandra Proves Black Hole Influence is Far Reaching 152 Images: 41 Earth Aurora: Chandra Looks Back At Earth 153 Images: 42 NGC 2841: Galactic Chimneys Turn Up the Heat 154 Images: 25 Seeing the Universe in a Whole New Light with the Chandra X-ray Observatory 155 Chandra X-ray Observatory Closing 156 157