28
MidIR and FarIR Astrophysics: Antarc5ca vs. SOFIA Hans Zinnecker SOFIA SMO Deputy Director German SOFIA Ins5tute NASAAmes Research Center USA

Zinnecker IAUS288 Beijing

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 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  

Page 2: Zinnecker IAUS288 Beijing

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  

Page 3: Zinnecker IAUS288 Beijing

h"p://www.sofia.usra.edu  

Page 4: Zinnecker IAUS288 Beijing

Eric  Becklin  (SOFIA  chief  scien5st)  +  HZ  

Page 5: Zinnecker IAUS288 Beijing

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  

Page 6: Zinnecker IAUS288 Beijing

Atmospheric  Transmission  Cerro  Chajnantor  (5,600  m)  

ALMA  (courtesy  NRAO,  AUI,  and  ESO)  

Time  3%  25%  72%  

6  

Page 7: Zinnecker IAUS288 Beijing

Tremblin  et  al.  2011,  AA  535  

Page 8: Zinnecker IAUS288 Beijing
Page 9: Zinnecker IAUS288 Beijing

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        

Page 10: Zinnecker IAUS288 Beijing

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                

Page 11: Zinnecker IAUS288 Beijing

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  

Page 12: Zinnecker IAUS288 Beijing

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  

Page 13: Zinnecker IAUS288 Beijing

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.  

Page 14: Zinnecker IAUS288 Beijing

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  

Page 15: Zinnecker IAUS288 Beijing

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    

Page 16: Zinnecker IAUS288 Beijing

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  

Page 17: Zinnecker IAUS288 Beijing

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

Page 18: Zinnecker IAUS288 Beijing

7micron  WVO,  HD  line  at  112.07  micron  

Page 19: Zinnecker IAUS288 Beijing

•   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  

Page 20: Zinnecker IAUS288 Beijing

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”  

Page 21: Zinnecker IAUS288 Beijing

Recent  Results  

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

Page 22: Zinnecker IAUS288 Beijing

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  

Page 23: Zinnecker IAUS288 Beijing

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  

Page 24: Zinnecker IAUS288 Beijing

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: Zinnecker IAUS288 Beijing

   Page  25                  ISOR    Nov.  3-­‐4,  2004    

12.3h  flight,  7h  on  Sgr  A*  

Page 26: Zinnecker IAUS288 Beijing
Page 27: Zinnecker IAUS288 Beijing

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]  

Page 28: Zinnecker IAUS288 Beijing

Future  balloon-­‐borne  telescopes  from  Antarc5ca  

BLAST-­‐POL  GUSSTO