nevizuálni části elmag spektra: - gama-astronomie - družice, balóny, Čerenkovovy dalekohledy, GRBAlpha - rentgenová astronomie - družice např. Chandra - ultrafialová astronomie-vysokohorské observatoře, balóny, družice - infračervená astronomie - vysokohorské observatoře, balóny, družice, letecká observatoř SOFIA - mikrovlnná astronomie - např. projekt ALMA - radioastronomie časticová astronomie gravitační vlny Nevizuálni astronomie Astronomie v částech elektromagnetického spektra mimo vizuální oblast Gama < 0,01 nm Rentgenová 0,01 nm - 50 nm Ultrafialová 50 nm - 380 nm Vizuální 380 nm-760 nm Infračervená 760 nm - 0,3 mm ^ne.r?'e" 7,7 Mikrovlnná 0,3 mm-1 m Rychlost sirem: c = Av Rádiová 1 m - 100 km Hybnost: p = h/Ä GomiTio h) X-Rny 1 Ultraviolet Inf rored Microwave Radio 1 Visible i i i i l pm lOpm 100 pm 1 nm i f 10 nm IDO nm i 1 pm i i ID pm 100 pm i r 1 mm 1 cm i 10 cm V krátkovlnné oblasti se udávají místo vlnových délek energie, v dlouhovlnné oblasti se používají frekvence_ 1 eV odpovídá 1240 nm 1 GHz odpovídá 0.3 m Z povrchu Země informace z vesmíru dostupné jen v atmosférických oknech 100 0.1 nm Wavelength Radioastronomie radioastronomie - nejstarší a nejvýznamnější část neoptické astronomie Základní přístroj radioastronomie - radioteleskop - výsledný „obraz" - výsledek procesu zpracování 1887 - Heinrich Rudolf Hertz - objev rádiového záření 30. léta 20. st. - Karl Guthe Janský - počátky systematického studia; 1933 - Janský - objev záření středu Galaxie 1937 - Grote Reber - 1. parabolická anténa - objev dalších objektů rozkvět radioastronomie - po 2. světové válce Největší radioteleskop • Ví. FAST (Five hundred meter Aperture Spherical Telescope) největší anténa na světě, 500 m 25°38'50.0" s.z.š., 106o51'21.0" v.z.d. (provincie Kuej-čou, Čína), v plném provozu od r. 2016 • st •f3 m • Ks Největší radioteleskopy Arecibo, Portoriko (1963-2020) 305 m, 2. největší anténa na světě - 20° od zenitu Největší radioteleskopy RATAN 600 (576 m) - Zelenčukskaja, Rusko - největší samostatný (od r. 1977) Effelsberg (Němec největší plně pohyblivé radioteleskopy (100 m) Green Bank Telescope (USA) Green Bank (USA) 91m radioteleskop 1962 uveden do provozu 1970 upgrade i JW-FOOt n:: 'us:c-i I \ složky radioteleskopu anténa - zprostředkovává přechod energie elektromagnetické vlny prijímač z prostoru do přijímače; dipólové nebo tvaru rotačního paraboloidu, válce či trychtýře vlastnosti radioteleskopu velikost sběrných anténních ploch - signál lze zesílit, očistit od šumu rozlišovací schopnost -zvětšuje se skládáním signálů zvíce radioteleskopů => může předčit i optické dalekohledy rádiové interferometry - pro zlepšení rozlišovací schopnosti - soustavy antén Úhlové rozlišení antény = funkce průměru talířové antény a vlnové délky elmg. záření, které má být pozorováno pro X od 3 m do 30 cm (100 MHz až 1 GHz) - většinou průměr > 100 m pro X cca 30 cm (1 GHz) - průměr 3 - 90 m sin ô [rad] = 1.220A, D Radioteleskopy - soustavy antén VLA - Nové Mexico (USA), 28 antén 25m (Y o délce 21 km, max. 36 km) VLBA -10 teleskopů (základna 8611 km - rozlišovací schopnost miliarcsec) ALMA - Chajnantor, Chile, 66 antén 12 a 7 m SKA Cenrral Region .* V'£V\r. Dishes Dense Aperľure Arrays Sparse Aperrure Arrays _ 5 km Square Kilometre Array (SKA) - Austrálie, JAR fáze 1: 2018-2023 (střední a nízké frekvence) fáze 2: 2023-2030 (vysoké frekvence až do 20 MHz) „1. světlo" - 2020 Event Horizon Telescope https://eventhorizontelescope.org/ Radioastronomie • pasivní průzkum - u většinu objektů; Slunce, galaxie, těsné dvojhvězdy, rádiové hvězdy ...; dlouhovlnné záření dobře prostupné prachem - mapování Galaxie pomocí záření vodíku na 21 cm • aktivní = radiolokační zkoumání - blízká tělesa (ve sluneční soustavě); 1. radiolokace Měsíce (1946), širší použití od 60. let 20. století (Merkur a Venuše) Radiolokace v astronomii Radiolokátor = radioteleskop - přijímač i vysílač série krátkých impulsů; úzký svazek záření - zasáhne planetu jako rovinná vlna o jediném kmitočtu, po odrazu od povrchu planety se vrací zpět k radioteleskopu přijatý signál deformován: 1. planeta vůči Zemi nerotuje (nebo osa rotace blízká zornému paprsku) => přijatý signál prodloužen v čase (odraz od povrchu koule=>zpoždění signálu) 2. planeta rotuje - signál od planety „rozladěn" v důsledku Dopplerova jevu; část povrchu se vzdaluje, část se přibližuje => původní signál (krátký impuls na jediném kmitočtu) se vrací prodloužen v čase i kmitočtu odražený impuls je „rozladěn1' rotující planeta impuls se odráží postupně od různých míst na planetě Infračervená astronomie ❖ 1800 - objev IR záření - W. Herschel ❖ 30. léta 19. st. - první kroky IR astronomie, ale skutečný počátek až 50.-60. léta 20. st.! ❖ detektory podobné jako pro vizuální obor, ale zchlazené na velmi nízké teploty ❖ pozorování i z povrchu Země v IR oknech - vysokohorské observatoře (Hawaii, Chile...), přehlídka 2MASS (Two Micron All-Sky Survey) - 1997-2001 ❖ vesmírné observatoře - IUE, Spitzer, Herschel, HST, WISE,... ❖ budoucnost - James Webb Space Telescope (2021)... Infračervená astronomie Co se pozoruje? ❖ Tepelné záření - oblast spektra energeticky odpovídající rotačním a vibračním stavům molekul výzkum skrytého vesmíru, rozšiřování znalostí o viditelných objektech - vln. délka IR delší než u světla => prochází oblaky plynu a prachu => možnost sledovat objekty např. v centru Galaxie, v oblastech zrodu hvězd (určování chemického složení objektů ve vesmíru, pozorování molekulových mračen, okolohvězdných obálek, vzniku hvězd) ❖ pozorování chladných hvězd, IR galaxií, oblaků částic kolem hvězd , vzdálených objektů, mlhovin, mezihvězdné látky, hnědých trpaslíků a planet ❖ studium raných stádií vesmíru - v důsledku Dopplerova jevu se pro velmi vzdálené objekty UV záření a světlo posune do IR Trapez, Orion - 100 velmi málo hmotných objektů - hnědí trpaslíci a volné planety "Cigar" Galaxy M82 Spitzer Space Telescope • IRAC NASA / JPL-Caltech / C. Engelbracht and the SINGS team [Steward Observatory] ssc2006-09a Dust in Andromeda Galaxy (M31) NASA / JPL-Caltech / K. Gordon (University of Arizona] Spitzer Space Telescope • MIPS Visible: NOAO ssc2005-20a Infrače rve ná-mikro vlnná astronomie • přechod mezi infračervenou a rádiovou oblastí • pozorování reliktního záření na milimetrových a submilimetrových vlnách - „otisk'' velkého třesku - předpovězeno ve 40. letech 20. století, • objev r. 1964 A . G. Doroškevič & I. Novikov, a A. A. Penzias & R. W. Wilson (publ. 1965) • družice COBE, WMAP, Plaňek Ultrafialová astronomie ■ 1801 - objev UV záření-J. W. Ritter ■ zkoumá horké objekty - mladé svítivé hvězdy, horké pozůstatky hvězd, Slunce... ■ ze Země špatně pozorovatelné, proto hlavně z kosmického prostoru; ■ konstrukce přístrojů jako pro světlo, různé povrchy zrcadel; modifikované detektory ■ družice - IUE, EUVE, SOHO, GALEX, H ST M81 (Sb) IR+rtg. Gama a rentgenová astronomie Astronomie v oblasti největších energií elektromagnetického spektra => výsledek extrémních dějů ve vesmíru s největšími teplotami Gamma X-rays Ultra- Visible Infrared Rays violet Light Microwave i Radio JlQbillion K 100'ŕnlllion K 0.0005 01 nanometer nanometer 0.5 50 0.5 Wavelenglh micrometer) micrometer* centimeters rentgenové záření -1895 W. C. Rôntgen a jiní co se pozoruje? sluneční koróna, Jupiter, kataklyzmické dvojhvězdy, neutronové hvězdy, bílí trpaslíci, výbuchy supernov, okolí černých děr,... gama záření - objev 1900 P. U. Villard; fotony s energiemi > 100 keV výbuchy supernov, splynutí hvězd, anihilace hmoty a antihmoty, inverzní Comptonův rozptyl, gama záblesky zemská atmosféra pro rtg. a y záření neprostupná => detekce až v 60. letech 20. st. satelity VELA Gama a rentgenová astronomie záření spíše časticový než vlnový charakter - speciální detektory, speciální přístupy družice INTEGRÁL, CHANDRA, ROSAT, XMM NEWTON, SWIFT, Fermi ... Píualjoloid Surfaces Hyperboloid Siiflacrá rtg. záření je soustředěno soustavou souosých x-nys do sebe X-ruys - ^ SWIFT Galaxie ■ť^k* * ' ' ' Asterismy https://svs.gsfc.nasa.gov/13097, mapy https://svs.gsfc.nasa.gov/11342 Pozoruhodné výsledky rentgenové a gama astronomie 1989 -1. zdroj y záření v Galaxii - Ml 1992 - 1. extragal. zdroj y záření - galaxie Markarjan 421 2000 - 2704 gama záblesků z B ATS E 2010 - objev obřích bublin y záření od centra Galaxie 2021 - detekce GRB nanosatelitem RXJ 1713.7-3946. západnímu okraji (W) odpovídá tok pouhých 4,lx10"8 fotonů/m2s 2704 BATS E Gamma-Ray Bursts -180 180 10-' 10" 105 Fluetice. 50-300 keV (ergs cm"2) 10" - GRBAIaho ■ KONUS-Wnd {scoled orbllrory unts), 50 - 200 keV Time (s) since 2O21-09-QS 10:41:5-i UTC Pozemská(?) gama a rentgenová astronomie Measurement of Cherenkov light with teles cop es \ -<(- First interaction (usually s everal 10 km high) -1018 eV od 2008 - Observatoř Pierra Augera v Argentině rozloha 3000 km2, 1660 tanků s vodou, 27 optických dalekohledů, 160 radioteleskopů Časticová astronomie Neutrinová astronomie 1930 - W. Pauli - předpověď existence neutrin, první detekce 1956 neutrino - velmi slabě interagující částice s téměř nulovou hmotností => detekce hlavně pomocí Čerenkovova záření => obrovské nádrže s různými kapalinami (voda, těžká voda, chlór) - Sadbury (1 ktun těžké vody 2 km pod zemí, koule o průměru 12 m s 9600 fotonásobiči), Superkamiokande (průměr 41 m, 50 kt vody, 11146 fotonásobičů), Borexino (Itálie) Neutrinová astronomie Projekty využívající přírodních „nádrží" - IceCube, Antarktida, okolí jižního pólu; 1 km3 čistého ledu, 86 děr (1450 - 2450 m) s 5160 detektory, - ANTARES, KM3Net, NEMO - Středozem. moře - Baikal-GVD - Rusko IceCube Lab 50m (ZZ v 1450 m 2450 m 2820 m IceTop 80 Stations, each with 2 IceTop Cherenkov detector tanks 2 optical sensors per tank 320 optical sensors 2010. 79 strings in operation 2011: Project completion 86 strings IceCube Array 86 strings including 6 OeepCore strings 60 optical sensors on each string 5160 optical sensors AMANDA DeepCore 6 slfings spacing optimized (or lower energies 3GO optical sensors Eittel Tower 324 m Gravitační vlny = fluktuace zakřivení časoprostoru, které se šíří jako vlny rychlostí světla; nejde o vlnění v prostoru, ale samotného časoprostoru; předpovězeny A. Einsteinem 1916; vznik při vzájemném pohybu těles v gravitačním poli, zdroj - těsné dvojhvězdy v konečném stádiu vývoje (složky ČD, NH), výbuchy supernov, srážky černých děr Do roku 2015 pouze nepřímé detekce: ■ dvojitý pulsar PSR 1913+16 - dochází ke zkracování periody oběhu a stáčení velké poloosy o 4°za rok- přesně podle OTR (1974 Hülse & Taylor - Nobelova cena 1993) ■ experiment BICEP (2014) - v reliktním záření z konce velkého třesku (z období 400 000 roků) nalezen otisk reliktních gravitačních vln z období zlomků sekundy (10~35 s) po vzniku světa - objev odvolán! Detekce gravitačních vln 1. pokusy o přímou detekci - 50. léta 20. století - Joseph Weber 60.-70. léta 20. st. - Weberova detekce gravitačních vln - neuznána moderní verze Weberova zařízení: AURIGA, NAUTILUS (Frascati a Legnaro, Itálie) - rezonance/deformace testovacích těles http://www.auriga.lnl.infn.it/auriga/detector/overview.html Detekce gravitačních vln - detektory VIRGO, LIGO aj. - přesnost až 1021 - advanced LIGO - první pozorování- 2015 LISA (Laser Interferometer Space Antenna) - 1. kosmická observatoř na sledování gravitačních vln (start 2.12.2015), realizace - velké observatoře v L2 - 2028 Detekce gravitačních vln Detekce gravitačních vln LIGO 14. září 2015 (9:51 UT) - GW150914 - výsledek srážky dvou černých děr (29 a 36 MQ), které byly od nás vzdáleny 1 až 1,5 miliardy ly Hanford, Washington (Hl) Livingstonr Louisiana (LI) Masses in the Stellar Graveyard in Solar Masses UGO-Virgo Black Holes LIGO-Virgo Neutron Stars GWTC-2 plot v1.0 = 1.0 0.5 L.1 0.G -0.5 -1.0 C.5 0.0 -0.5 Pt_ i— vnul nri I du v i Ly h.y i "tIj ■: v. iv- ■ i— _ i i i i -i i- i 1 1 1 1 i — MÉ LHtriar'iuu fU-rifaiü, irriurCuGI h.yuji■■■Jj■■ I. ■ h.y uji■■■Jj-i.yi-i-lji.y I J 0.30 0.35 0.40 Time (s) 0.45 0.30 0.35 0.40 Time (s) 0,45 katalog Gravitational-Wave Candidate Event Database (GraceDB) https://gracedb.ligo.org/ 17.11.2020 https://www.universetoday.com/148810/ Srpen 2017 - GW170817 splynutí 2 neutronových hvězd; detekce gravitačních vln a pozorované zjasnění v různých částech spektra elmg. záření září 2017 -TXS 0506+056 detekováno neutrino s velmi vysokou energií, určen zdroj; následná kampaň zaznamenala změny jasnosti vysoce energetického gama záření počátek nové éry astronomie multi-messenger astronomy/astrophysics mnohopásmová astronomie V ray • I 1 I l lir i i i l i i X-ray- uv I I i i i L ^^^^re^^^^^ in II 111 lb I k1 til II 'i I IR ™ um?. Hpi n-_>^. u,. bit nmwi uuh iktt ni i ii um mi ii ii i Radio V.i. vj IJMP: >1B» tHHr Hftl. lotoi LOAUE^rBl J> nM fur lil', I i iiniiiin i li ii -100 -50 £-<50 10-! 10' Iff1 t-r, (days) 10' " M 2 HI Swope * DLT40 • * 11 OSh Á VISTA ■ VI ASTER 11.31 h lť DECam i ■ 11.40h iz\ Las Cum bií s * 11 57n *