nevizuálni části elmag spektra: - gama-astronomie - družice, balóny, Čerenkovovy dalekohledy, GRBAlpha - rentgenová astronomie - družice např. Chandra - ultrafialová astronomie-vysokohorské observatoře, balóny, družice, Měsíc - 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 siřeni: c = Áv Rádiová 1 m - 100 km HVbnost: P = h/Á Gamma Ray May Ultraviolet I 1 Infrared | MkrowQveJ Radio 1 lpm 10 pm 190 pm 1 nm 10 nni IDO nm 1pm ID [im '00 pru I mm 1cm 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 1 nm 10 nm 100 nm —r i i 1 jim 10 100 |xm 1 mm WaveLength 1 cm 10 cm 1 T 10 m 100 m 1 km 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 radiotelesko 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 /GUIZHOU J^Th^H ± NtrJH^P ±«11.■ Největší radioteleskopy Arecibo, Portoriko (1963-2020) 305 m, 2. největší anténa na světě - 20° od zenitu N ej vět š í radioteleskopy RATAN 600 (576 m) - Zelenčukskaja, Rusko - největší samostatný (od r. 1977) Effelsberg (Německo) největší plně pohyblivé radioteleskopy (100 m) Green Bank Telescope (USA) 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 z více 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 (ALMA v ČT) SKA Cenľral Region □ishes Aperľure Arrays Sparse Aperrure Arrays 5 km Square Kilometre Array (SKA) - Austrálie, JAR fáze 1: 2022-2025 (střední a nízké frekvence) fáze 2: 2025-2030 (vysoké frekvence až do 20 MHz) „1. světlo" - 2027 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 - Spitzer, Herschel, HST, WISE, 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 2.23 - 2.29uií ft ;cope 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 ssc2QQ5-20a Infračervená-mikrovlnná 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) Gama a rentgenová astronomie Astronomie v oblasti největších energií elektromagnetického spektra => výsledek extrémních dějů ve vesmíru s největšími teplotami Gamma X-rays Ultra- Visible Rays violet Light Infrared Microwave i Radio ij^lů billion K lOPtnliltcmK 1 0 0005 0.1 nanometer nanometer 0.5 50 0.5 Wavelength micrometers micrometer! centimeter! 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 ... ťíuaboloid Rj^h^u I^"1* Siiflaces rtg. záření je soustředěno soustavou souosých parabolických a hyperbolických ploch vložených 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 RXJ1713.7-3946. 2704 BATSE Gamma-Ray Bursts 130 10; 100 10 s Fluence, 50-300 keV (eigs cm'2) 10' Pozemská(?) gama a rentgenová astronomie Measurement of Cherenkov light with teles cop es \ First interaction (usually several 10 km high) Air shower evolves Some of the particles reach the ground Measurement with scintillation counters ... . , .. , . . ,.. MeasurementwithGeigertubes Measurementofparticle tracks with Cosmic Ray Tracking detectors Detekce pozemními observatořemi (H.E.S.S., MAGIC, VERITAS) díky interakci fotonů s atmosférou - sekundární spršky - Čerenkovovo záření (Namibie) dvojice SST-1M - Ondrejov Cherenkov Telescope Array (CTA) 1. teleskop-říjen 2018 částečně v provozu od 2022, dokončení 2030 Jih - Paranal, sever - La Palma https://www.voutube.com/watch?v=5gRHFQP SjU https://www.cta-observatory.org/about/how-ctao-works/ Časticová astronomie Kosmické záření -1912 objev Victor Hess - 1937 Pierre Auger - vysvětlení vzniku spršek záření - detekce sekundárních spršek kosmického záření, částic o energii >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. SOm v 1450 m 2450 m 2820 m IceTop 80 Stations, each with 2 IceTop Chcenkov 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 DeepCore strings 60 optical sensors on each string 5160 optical sensors AMANDA DeepCore 6 strings spacing optimized for lower energies 380 optical sensors EiHel 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 Gravitační ulny snímače deformace Válec impulsy 60.-70. léta 20. st. - Weberova detekce gravitačních vln - neuznána moderní verze Weberova zařízení: 2. generace - AURIGA, NAUTILUS (Padova a Řím, Itálie), ALLEGRO (USA), NIOBE (Austrálie) - rezonance/deformace testovacích těles 3. generace - od r. 2003 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 Gravitational wave Black hole Spacetime 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) Livingston, Louisiana (LI) l.c C.5 -0.5 -1.0 C.5 0.0 -0.5| 512 256 128 64 32 ftyuir-JU'.-.'Jn: v,if ■ ".' Iw.vrifr.'.ryj 'f, ■ . i',, | Li ůbůÉr^Éd H h ftbůártifl {ihifeÉOp l*i*rtMJ 0.30 0.35 0.40 Time (s) 0.45 0.30 0.35 0.40 Time (s) 0,45 43 rj katalog Gravitational-Wave Candidate Event Database (GraceDB) https://gracedb.ligo.org/ GWTC-2 plot v1.0 LIGO-Virgo | Frank Elavsky, Aaron Geller | Northwestern 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 LIGO ■ Virgo ;10G -1Í -10 -B -6-4-2 0 2 - í--"50 ]||'.l 10-! 10' I I Ulili III f-r£ (days) " M 2 H Swope * lO.ftfih i DLT40 -L • * 11.fifth A vista * 11.24h ¥JSt MASTER 11.31^, DEGam i ■ 111.40IÍ rj Las Cum bií 5 .V * 11 57n