Zinnecker IAUS288 Beijing

Post on 09-Feb-2022

1 views 0 download

Transcript of Zinnecker IAUS288 Beijing

Mid-­‐IR  and  Far-­‐IR  Astrophysics:  Antarc5ca  vs.  SOFIA  

Hans  Zinnecker  SOFIA  SMO  Deputy  Director  German  SOFIA  Ins5tute  

NASA-­‐Ames  Research  Center  USA  

2  

SOFIA  

Stratospheric  Observatory  for  Infrared  Astronomy  

2.7-­‐meter  

•   Interna5onal  partnership:     80%  -­‐-­‐  NASA  (US)       20%  -­‐-­‐  DLR  (Germany)  

•   Global  deployments,  incl.  southern  hemisphere    •   ~1000  research  hours  per  year  in  full  opera5on  (2015)    •   ~  20  year  projected  life5me  

Boeing  747SP  

h"p://www.sofia.usra.edu  

Eric  Becklin  (SOFIA  chief  scien5st)  +  HZ  

Why  SOFIA?  •  Infrared  transmission  in  the  

Stratosphere  very  good:  •   >80%  from  1  to  1000  microns  

•  Instrumenta5on:  wide  complement,  rapidly  interchangeable,  state-­‐of-­‐the  art  

•  Mobility:  anywhere,  any5me  

•  Long  life5me  (ca.  20  years)  

•  Outstanding  pla`orm  to  train  future  instrumentalists  

•  Near  Space  Observatory  that  comes  home  aaer  every  flight  

Atmospheric  Transmission  Cerro  Chajnantor  (5,600  m)  

ALMA  (courtesy  NRAO,  AUI,  and  ESO)  

Time  3%  25%  72%  

6  

Tremblin  et  al.  2011,  AA  535  

Advantages  of  SOFIA  over  Dome  C  

•  Water  vapor  overburden:  10mu  vs.  100-­‐200mu  •  mid-­‐IR  and  far-­‐IR  (30-­‐300  mu)  atm  transmission  allows  imaging  of  warm/cold  dust  emission  with  FORCAST  and  HAWC-­‐POL,  impossible  at  Dome  C  

•  SOFIA  allows  far-­‐IR  heterodyne  spectroscopy,  eg.  158mu  [CII]  (1.9  THz)  or  112mu  [HD]  (2.7  THz),  impossible  from  Antarc5ca  (unless  by  balloons)  

•  SOFIA  enables  follow-­‐up  of  Herschel  HIFI/PACS        

Science  examples  

•  mid-­‐IR  imaging  (FORCAST):  Orion  TC  and  BNKL  •  Far-­‐IR  /  THz  heterodyne  spectroscopy  (GREAT):  -­‐embedded  molecular  ou`low  from  HII  region                                                              -­‐molecular  infall  towards  embedded  protostar                

Background Image:Spitzer

KAO  38  um  

(Stacey  et  al.  1995)  

Ney-­‐Allen  Region  Blue=7um  Green=19um  Red=37um  

OMC1S-­‐IRS1  

Trapezium  

OMC1S-­‐IRS2  

LV1  

Shuping  et  al.  (2012)  

SOFIA  Ney-­‐Allen  

θ1  D  

KAO  38  um  

(Stacey  et  al.  1995)  

BN/KL  Region  Blue=19um    Green=31um    Red=37um  

De  Buizer  et  al.  (2012)  

SOFIA  

Background Image:Spitzer

BN  

IRc3  

IRc4  

IRc2  

Source  I  

The  Galac5c  Center  with  FORCAST  

•  At  right  are  mulitcolor  infrared  images  of  two  regions  of  the  center  of  the  Milky  Way  made  from  SOFIA.  

SOFIA/FORCAST  images  at  19.7  (blue),  31.5  (green),  37.1  (red)  µm  

Radio  image  of  Sgr  A,  Pistol,  Sickle,  filaments  and  Arches  

38  pc  

Herter  et  al.    2012,  in  prep.  

GREAT  dips  into  cradle  of  star  forma5on    

 CO  J=11-­‐10  

Image:  Spitzer/GLIMPSE  8  µm    

G5.89  :  a  cluster  of  massive  stars  in  the  making  

Cloud  collapse  is  associated  with  energe5c  ou`lows    that  can  be  studied  with  GREAT/SOFIA  

λ     

-­‐-­‐  case  study:  UCHIIR  G34.3    red-­‐shiaed  absorp5on  detected                  -­‐-­‐    modeled  with  infalling  envelope  

Vsys  

G34.26+0.15  VLA  3.6cm    

 F.Wyrowski    -­‐  AAS  SOFIA    Splinter    09.01.2012  

Science  Results:  probing  infall    

ATRAN  plots  of  [CII]  and  HD  

•  While  easily  detectable  at  PWV=10mu  (SOFIA),          it  is  really  (exponen5ally)  out  of  reach  for  PWV=50-­‐100mu,  the  best  PWV  at  ANTARCTICA  

•  Other  key  ISM  lines:  OH  (2.5  THz),  [OI]  (4.7  THz)  these  lines  are  way  beyond  reach  for  Herschel,  OD  (1.39  THz)  and  SH  (1.38  THz)  in  Herschel  gap  

10micron  WVO,  C[II]  line  at  157.68  micron  

7micron  WVO,  HD  line  at  112.07  micron  

•   OH  absorp5on  towards  W49N  saturated  

•   discovery  of  18OH  towards  W49N  core  

       First  >2  THz  spectroscopy  from  SOFIA    

 -­‐  OH  ground-­‐state  absorp5on  against  W49N  

-­‐  spectral  features  of  Sagiqarius  spiral  arm    

Science Results: 2.5 THz OH absorption

 H.  Wiesemeyer      -­‐  AAS  SOFIA    Splinter    09.01.2012  

WEBSITE:  www.sofia.usra.edu  (incl.  science  vision)  Recent  review:  Gehrz  et  al.  2011  (Adv.  Space  Res.)  

SOFIA  early  science  results  published  in  30  papers:  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐    Astrophys.  Journal  Leqers  749,  L17-­‐L24      (FORCAST)  Astronomy  &  Astrophys.  Vol.  542,  L1-­‐L22          (GREAT)  

see  also  GREAT  webpage:    hqp://www.mpifr-­‐bonn.mpg.de/div/submmtech/great.html  Click  on  “science  results”  

Recent  Results  

•  SOFIA  has  just  published  two  special  issues  that  highlight  the  science  accomplished  during  the  Early  Science  period  

Advantages  of  Antarc5ca  (Dome  C)  

•  NIR  KLM-­‐band  wide  field  surveys  (background)  at  high  spa5al  (sub-­‐arcsec)  resolu5on  possible,  eg.  Magellanic  Clouds  (very  deep  imaging)  

•  Medium-­‐size  10-­‐25m  submm  telescopes  possible,  with  good  angular  resolu5on:  ~  2-­‐5”.  Beqer  than  SOFIA  (2.5m  aperture  telescope)  

•  Long  nights:  con5nuous  darkness  for  6  months  

•  Running  costs  (CONCORDIA)  lower  than  SOFIA  

Conclusion  

•  SOFIA  can  do  many  star  forma5on  studies  that  2.5m  telescope  cannot  not  do  from  Antarc5ca  

•  SOFIA  can  observe  Galaxy  at  lambda  <  200mu,  both  imaging  and  heterodyne  spectroscopy  

•  SOFIA  only  faces  compe55on  in  one  respect:      a  large  submm  (200-­‐350mu)  telescope  (25m)  which  can  beat  SOFIA  in  spa5al  resolu5on  

•  Antarc5ca  wins  in  NIR  (beqer  seeing,  lower  sky  background):  winter-­‐over  darkness  survey  

Supplementary  slides  

•  Flight  path  for  a  southern  deployment  to  NZ    to  observe  Galac5c  Center  and  LMC/SMC  

•  Water  vapor  map  as  a  func5on  of  season  over  the  northern  Pacific  (similar  for  the  southern)  

•  German  MPIfR  instrumental  development  (1.9-­‐2.5  THz,  4.7  THz  7-­‐pixel  arrays,  funded)  

•  Future  long-­‐dura5on  balloon  facili5es:  e.g.  GUSSTO  (1.1m  telescope,  1.9  THz  surveys)      

   Page  25                  ISOR    Nov.  3-­‐4,  2004    

12.3h  flight,  7h  on  Sgr  A*  

German  Instrument  Developments  •  upGREAT  an  enhancement  of  the  GREAT  heterodyne  instrument  is  under  development  by  Rolf  Güsten  (MPIfR)  and  collaborators.  

•  Compact  heterodyne  arrays  –  7  pixels  x  2  polariza5ons  @  1.9  to  2.5  THz  

–  7  pixels  @  4.7  THz  [O  I]  

Future  balloon-­‐borne  telescopes  from  Antarc5ca  

BLAST-­‐POL  GUSSTO