Toruń, 22.III.2013

Małgorzata Woźniak

234372

Pracownia specjalistyczna II

Raport 1: Emisja w pośredniej podczerwieni, a występowanie maserów metanolu.

I. Cel zadania: Nabycie podstawowych umiejętności analizy map emisji podczerwonej za pomocą pakietu AIPS oraz identyfikacja obiektów o rozciągłej emisji w paśmie 4.5µm.

II. Wstęp teoretyczny:

1. Mechanizmy promieniowania w zakresie podczerwieni (0.8µm - 24µm): Generalnie wyróżniamy dwa typy mechanizmów promieniowania. Są to mechanizmy termiczne oraz nietermiczne. W przypadku zakresu w podczerwieni jest to głównie promieniowanie termiczne jako emisja ciała doskonale czarnego. Ciałem doskonale czarnym nazywamy obiekt charakteryzujący się współczynnikiem absorpcji równym jeden. Oznacza to, że ciało całkowicie pochłania promieniowanie, które potem jest emitowane w całym zakresie. Maksimum tego promieniowania zależy od temperatury.

Widmowy rozkład natężenia promieniowania ciała doskonale czarnego opisuje Prawo 2

3

hυ

1

Plancka B(υ)=

.

2

h

c

υ

Promieniowanie w zakresie podczerwieni (0.8µm-24µm)

kT

e

−1

odpowiada temperaturze 121K-3625K.

W takim zakresie fali możemy również zaobserwować mechanizm promieniowania synchrotronowego, polegającego na promieniowaniu przez cząstki poruszające się po zakrzywionych torach z prędkością bliską c.

Istnieją także lasery w podczerwieni jednak takie zjawisko nie występuje naturalnie, ale jest produkowane sztucznie w laboratoriach.

2. Wskaźniki obserwacyjne formowania gwiazd o masach > 8MS:

• Obszary HII;

• Linie maserowe metanolu;

• Linie maserowe wody.

3. Warunki powstawania emisji wymuszonej w obłokach molekularnych: Emisja wymuszona jest to proces emisji fotonów przez materię w wyniku oddziaływania z fotonem inicjującym. Aby zjawisko to zaszło, przede wszystkim energia fotonu musi być równa energii wzbudzenia atomu. W przypadku obłoku molekularnego wymagana jest również odpowiednio niska gęstość, ponieważ przy zbyt dużej gęstości będą dominować wzbudzenia zderzeniowe. Przy niskiej gęstości, obłoki muszą mieć duże rozmiary (~1AU), bo wzmocnienie zależy od liczby cząstek. Ważna jest także odpowiednia odległość od źródła fotonów ponieważ molekuły wzbudzane są tylko w odpowiedniej odległości.

1

4. Charakteryzacja obszarów HII: Obszary HII występują głównie w ramionach galaktyk spiralnych oraz w galaktykach eliptycznych. Są usytuowane w pobliżu najgorętszych gwiazd i mają temperaturę ok. 104K. Następuje w nich zamiana wysokoenergetycznego promieniowania ultrafioletowego na fotony w zakresie widzialnym, podczerwonym i radiowym. Gęstość ośrodka, w którym zachodzą te procesy, jest bardzo mała, dzięki czemu istnieje możliwość powstania wielu linii wzbronionych. Promieniowanie radiowe, dochodzące z obszarów HII, ma charakter ciągły i jest związane ze spowalnianiem swobodnych elektronów, przebiegających w pobliżu jonów. Ten typ promieniowania zależy od prędkości elektronów względem jonów i nazywa się promieniowaniem hamowania.

III. Przebieg zadania oraz wyniki: Z portalu http://irsa.ipac.caltech.edu, z projektu GLIMPSE

pobrałam mapy z obszaru na współrzędnych galaktycznych: l=<46.0;48.0>; b=<0.0;2.0>.

Pobrałam mapki na falach 3.6µm, 4.5µm, 5.8µm i 8.0µm. Następnie, przy pomocy procedury comb utworzyłam mapki będące różnicą map na falach 4.5µm i 3.6µm. Na mapach różnicowych poszukiwałam obiektów rozciągłych charakteryzujących się nadwyżką promieniowania. Niektóre z nich były mylące. Aby mieć pewność wystarczyło osobno zmierzyć strumień na mapkach 3.6µm i 4.5µm oraz sprawdzić, czy rzeczywiście jest ta nadwyżka. Zidentyfikowane obiekty odnalazłam na wszystkich mapkach i przy pomocy procedury jmfit dopasowałam funkcję Gaussa i zmierzyłam strumień, współrzędne galaktyczne i rozmiary kątowe. Poniżej zamieściłam tabelkę z wynikami oraz zróżnicowane mapki z zaznaczonymi obiektami.

Mapa na

Długość

Szerokość

 MJy 

Rozmiary kątowe [arcs]

Strumień

długości [µm]

galaktyczna

galaktyczna





 Sr 

Major axis

Minor axis

3.6

47o 57’ 12”.72

00o 26’ 07”.58

4606 ± 1.0

1.2001

1.1999

4.5

47o 57’ 11”.30

00o 26’ 07”.09

6071 ± 0.1

1.1993

1.1999

1.

5.8

47o 57’ 11”.62

00o 26’ 07”.34

20 389 ± 2.4

1.2002

1.1999

8.0

47o 57’ 11”.11

00o 26’ 06”.91

10 540 ± 4.8

1.1999

1.2003

3.6

47o 53‘ 22”.94

00o 25’ 50”.71

3958 ± 1.1

1.2012

1.1999

4.5

47o 53‘ 21”.86

00o 25’ 50”.39

5224 ± 1.0

1.1999

1.1999

2.

5.8

47o 53‘ 22”.24

00o 25’ 50”.52

4319 ± 3.0

1.1999

1.1999

8.0

47o 53’ 22”.12

00o 25’ 50”.65

2196 ± 7.5

1.1999

1.2001

3.6

47o 57’ 12”.56

00o 26’ 07”.37

4598 ± 1.1

1.1999

1.2001

4.5

47o 57’ 12”.38

00o 26’ 07”.53

6192 ± 1.0

1.2001

1.1998

3.

5.8

47o 57’ 11”.52

00o 26’ 07”.24

20 041 ± 3.0

1.1999

1.1999

8.0

47o 57’ 11”.06

00o 26’ 06”.81

10 551 ± 7.5

1.1999

1.1998

3.6

47o 23’ 17”.04

00o 43’ 07”.03

19 892 ± 1.1

2.0000

2.0000

4.5

47o 23’ 21”.27

00o 43’ 05”.80

42 363 ± 1.0

2.0000

2.0000

4.

5.8

47o 23’ 20”.96

00o 43’ 05”.65

13 600 ± 3.0

2.0000

2.0000

8.0

47o 23 20”.99

00o 43’ 05”.72

19 540 ± 7.5

2.0000

2.0000

3.6

47o 17’ 47”.99

00o 44’ 37”.58

72 698 ± 1.0

2.0000

2.0000

4.5

47o 17’ 48”.12

00o 44’ 37”.69

74 351 ± 1.0

2.0000

2.0000

5.

5.8

47o 17’ 48”.11

00o 44’ 37”.83

73 425 ± 3.0

2.0000

2.0000

8.0

47o 17’ 48”.13

00o 44’ 37”.85

79 341 ± 7.5

2.0000

2.0000

3.6

47o 11’ 05”.73

00o 26’ 59”.68

15 590 ± 1.0

2.0000

2.0000

4.5

47o 11’ 05”.75

00o 26’ 59”.60

25 101 ± 1.0

2.0000

2.0000

6.

5.8

47o 11’ 05”.49

00o 26’ 59”.61

36 500 ± 3.0

2.0000

2.0000

8.0

47o 11’ 05”.94

00o 26’ 59”.56

91 702 ± 7.5

2.0000

2.0000

2

3.6

47o 20’ 24”.37

00o 21’ 10”.99

21 576 ± 1.0

2.0000

2.0000

4.5

47o 20’ 21”.26

00o 21’ 05”.85

42 963 ± 1.0

2.0000

2.0000

7.

5.8

47o 20’ 20”.96

00o 21’ 05”.65

13 600 ± 3.0

2.0000

2.0000

8.0

47o 20’ 20”.99

00o 21’ 05”.82

19 540 ± 7.5

2.0000

2.0000

3.6

47o 53’ 59”.63

00o 04’ 01”.08

4205 ± 1.0

1.2000

1.1999

4.5

47o 53’ 59”.90

00o 04’ 01”.10

6983 ± 1.0

1.2000

1.2002

8.

5.8

47o 53’ 59”.67

00o 04’ 01”.01

11 082 ± 2.7

1.1999

1.2002

8.0

47o 53’ 59”.81

00o 04’ 00”.82

11 149 ± 5.0

1.2000

1.2001

3.6

46o 56’ 38”.39

00o 26’ 24”.67

3296 ± 1.1

1.1999

1.1999

4.5

46o 56’ 38”.31

00o 26’ 24”.90

4004 ± 1.0

1.2001

1.2001

9.

5.8

46o 56’ 38”.36

00o 26’ 25”.05

3026 ± 3.6

1.2000

1.2001

8.0

46o 56’ 38”.38

00o 26’ 24”.65

1639 ± 10.2

1.1999

1.1999

3.6

46o 29’ 57”.75

00o 48’ 33”.44

19 079 ± 1.0

2.0000

2.0000

4.5

46o 29’ 57”.66

00o 48’ 33”.65

22 148 ± 2.3

2.0000

2.0000

10.

5.8

46o 29’ 57”.92

00o 48’ 33”.62

17 869 ± 3.6

2.0000

2.0000

8.0

46o 29’ 57”.69

00o 48’ 33”.78

72 706 ± 10.2

2.0000

2.0000

3.6

47o 52’ 24”.74

00o 14’ 08”.66

2596 ± 1.0

2.4000

2.4000

4.5

47o 52’ 24”.73

00o 14’ 08”.73

4020 ± 0.9

2.4000

2.4000

11.

5.8

47o 52’ 24”.74

00o 14’ 08”.68

5565 ± 4.3

2.4000

2.4000

8.0

47o 52’ 24”.67

00o 14’ 08”.79

5696 ± 1.4

2.4000

2.4000

3.6

47o 55’ 06”.72

00o 06’ 24”.71

5763 ± 1.0

1.1998

1.1999

4.5

47o 55’ 06”.24

00o 06’ 24”.49

7123 ± 0.9

1.2000

1.1999

12.

5.8

47o 55’ 04”.90

00o 06’ 24”.58

11 135 ± 2.7

1.2000

1.2001

8.0

47o 55’ 05”.20

00o 06’ 24”.54

6313 ± 4.9

1.1999

1.1999

3.6

47o 00’ 06”.54

00o 24’ 54”.86

4142 ± 1.7

1.1999

1.1999

4.5

47o 00’ 06”.20

00o 24’ 54”.80

4307 ± 1.0

1.1999

1.1999

13.

5.8

47o 00’ 06”.17

00o 24’ 54”.76

3112 ± 3.6

1.2001

1.2003

8.0

47o 00’ 06”.30

00o 24’ 54”.67

1919 ± 10.2

1.1999

1.1999

3.6

47o 48’ 47”.23

00o 07’ 34”.86

3637 ± 1.0

2.4000

2.4000

4.5

47o 48’ 45”.97

00o 07’ 35”.16

4908 ± 0.9

2.4000

2.4000

14.

5.8

47o 48’ 45”.97

00o 07’ 34”.93

9487 ± 4.32

2.4000

2.4000

8.0

47o 48’ 46”.00

00o 07’ 34”.00

5188 ± 1.4

2.4000

2.4000

3.6

46o 56’ 07”.27

00o 28’ 21”.93

4779 ± 1.1

1.2001

1.1999

4.5

46o 56’ 07”.12

00o 28’ 21”.83

5779 ± 1.0

1.2002

1.1999

15.

5.8

46o 56’ 06”.08

00o 28’ 22”.29

7252 ± 3.6

1.2001

1.1999

8.0

46o 56’ 06”.22

00o 28’ 22”.17

4942 ± 10.2

1.2001

1.2001

3.6

47o 48’ 52”.95

00o 12’ 08”.86

2838 ± 1.0

2.4000

2.4000

4.5

47o 48’ 52”.92

00o 12’ 08”.79

5427 ± 0.9

2.4000

2.4000

16.

5.8

47o 48’ 52”.32

00o 12’ 08”.80

12 231 ± 4.3

2.4000

2.4000

8.0

47o 48’ 52”.46

00o 12’ 08”.74

6081 ± 13.8

2.4000

2.4000

Tabela 1. Zidentyfikowane obiekty.

3

1.

Mapka 1

3.

8.

7.

6.

4.

5.

2.

Mapka 2

4

Mapka 3

Mapka 4

5

9.

Mapka 5

10.

Mapka 6

6

Mapka 7

11.

Mapka 8

7

Wśród zidentyfikowanych obiektów spróbowałam znaleźć odpowiedniki w paśmie 6.7GHz metanolu. Niestety nie znalazłam żadnych odpowiedników.

IV. Wnioski: Dla szesnastu zidentyfikowanych obiektów widoczna jest nadwyżka promieniowania. Większość obiektów ma podobne rozmiary kątowe. Połowy z nich średnice osiągają ok. 1.2 sekund łuku. Zaś druga połowa ma rozmiary dwa razy większe.

Nie zamieściłam mapek z obiektami 12-16, ponieważ nie są one widoczne na wybranych wycinkach. Zamieszczone mapki to wycinki zawierające środkowe obszary mapek różnicowych. Niestety nie udało mi się znaleźć odpowiedników w paśmie 6.7GHz metanolu, ale bardzo blisko zidentyfikowanych obiektów. Mianowicie na współrzędnych: l1=46o06’54”; b1=00o23’13”.2 oraz l2=46o03’57”.6; b2=00o13’12”. W otoczeniu obiektów 1 i 9 bardzo wyraźnie widać prążki interferencyjne. Całe to doświadczenie pokazuje, że trudno zidentyfikować obiekty rozciągłe, wykazujące nadwyżkę promieniowania. Wiele z nich jest bardzo myląca. Niby wykazują nadwyżkę, ale po dalszej analizie okazuje się, że to nie są poszukiwane obiekty. W przypadku obiektu nr 10 sytuacja jest odwrotna. Na mapce obiekt ten jest słaby i nie wydaje się być poszukiwanym źródłem nadwyżki promieniowania.

Jednak po głębszym badaniu okazuje się, że ta nadwyżka istnieje i to całkiem spora, bo aż

 MJy 

~3 000 

 . Dzięki temu zadaniu nauczyłam się posługiwać AIPSem oraz identyfikacji

 Sr 

rozciągłych obiektów wykazujących nadwyżkę promieniowania.

8