Ce este astronomia submilimetrica

Spectrul electromagnetic

Lumina vizibila care poate fii vazuta cu ochiul uman este doar o mica parte din toata radiatia spectrului electromagnetic. Spectrul electromagnetic contine radiatii de la undele radio de fregventa joasa si lungime de unda mare la undele gamma la frecventa ridicata si lungime de unda scurta.
Astronomii folosesc toate partile spectrului electromagnetic sa studieze Universul. Radiatiile electromagnetice de diferite lungimi de unda ne aduc informatii despre procese fizice diferite. Fiecare set de observatii ofera o piesa diferita din puzzle.
sub1.jpg
Figura 2.1 Imagine compusa obtinuta prin combinarea unor imagini obtinute in diferite regiuni ale spectrului. Imaginea reprezinta o bula expandibila de gaz ionizat de aproximativ 10 ani-lumina. Materia din jurul bulei colapseaza dand nastere la noi stele. Culoarea rosie se datoreste hidrogenului ionizat (linile Halfa (cauzate de tranzitiile in seriile Balmer intre n=3 spre n=2, adica Balmer-alpha), in timp ce norii albastrii arata emisia de lungime de unda submilimetrica din praful cosmic. Emisia H-alpha are cu adevarat o culoare rosie vizibila, in timp ce emisiile submilimetrice – aratate in imagine cu albastru – sunt defapt la o lungime de unda invizibila ochiului uman. Credit: ESO/APEX/DSS2/Super-Cosmos/Deharveng(LAM)/Zavagno


Undele milimetrice si submilimetrice au o lungime de unda, dupa cum sugereaza numele, de aproximativ un milimetru. Acest lucru le plaseaza intre lumina infrarosie si undele radio in spectrumul electromagnetic. Lungimea de unda ג si fregventa ƒ sunt legate prin relatia c = ƒ ג unde c este viteza luminii.
sub2.jpg
Figura 2.2 Spectrul electromagnetic: de la frecventa inalta, lungimi de unda scurta de raze gama, la frecventa joasa, lungimi de unda lunga unde radio. Lumina vizibila formeaza doar o mica parte din spectrul complet. Distanta lungimilor de unda milimetrica si submilimetrica unde ALMA opereaza este marcata in (sub)mm. Credit: Robert Hurt/Eso

Exercitiu:
  • Care este frecventa luminii cu lungimea de unda de 1 milimetru?

Lungimi de unda milimetrice si submilimetrice sunt importante pentru explorarea"Universului rece" sau cu alte cuvinte a celor mai reci corpuri din Univers.

Radiatia corpului negru

O modalitate de a studia aceasta radiatie este sa consideram radiatia corpului negru. Radiatia corpului negru este radiatia emisa de un obiect idealizat, numit corp negru, care absoarbe toate radiatiile care cad pe el, inainte de a emite. Radiatia corpului negru are un spectrum caracteristic, care depinde numai de temperature obiectului. Multe obiecte astronomice radiaza cu un spectrum care este asemanator cu cel al unui corp negru la o temperatura data.
sub3.jpg
Figura 2.3 Radiatia corpului negru in functie de temperatura: In acest grafic, fiecare curba arata caracteristica spectrului radiatiei corpului negru asociata cu o anumita temperatura. Observati cum curbele se schimba atunci cand temperatura creste sau scade. Credit:Robert Hurt/ESO


sub4.jpg

sub5.jpg
Figura 2.4 Imagine compusa-color care reprezinta Planul Galactic, fotografiat in unde de lungime submilimetrica realizate de ATLASGAL, impartit in sectiuni. In aceasta imagine, ce include centrul Galaxiei noastre, datele undelor de lungime submilimetrica sunt aratate in rosu, suprapus pe o imagine a regiunii in lumina infrarosie, de la Experimentul Spatial Midcourse (MSX) in verde si albastru. Marimea totala a imaginii este aproximativ de 42 de grade pe 1.75 grade. Credit: ESO/APEX & MSX/IPAC/NASA


Relatia dintre temperatura si lungimea de unda


In timp ce temperatura corpului negru creste, varful emisiei spectrului se schimba. De aceea o piesa de metal incepe sa straluceasca rosu deschis (predominant lungime de unda rosie), iar apoi alb deschis (lungimile de unda in mijlocul ariei vizibile), pe masura ce este incalzita progresiv.

Varful lungimii de unda al distributiei corpului negru, in functie de temperatura absoluta T, este data de legea de deplasare a lui Wien:

lamda.gifb=2.897769*10-3 m*K

Unde b este cunoscut ca si constanta de deplasare a lui Wien.

Exercitii:
  • Analizeaza expresia legii lui Wien. Cum variaza lungimea de unda cu temperatura? Cum se va schimba varful curbei lungimii de unda in timp ce temperatura creste?
  • Putem folosi legea deplasarii a lui Wien sa calculam varful lungimii de unda al emisiei blackbody din obiecte la temperature diferite. Completeaza spatiile goale din tabelul de mai jos.

Obiect
Temperatura tipica
Varful lungimii de unda
O stea ca si Soarele nostru
(temperatura la suprafata)
5500 K

Temperatura camerei
(Aproximativ)
300 K

Nori de praf rece in spatiul interstelar

0.15 mm
  • Observa cum varful lungimii de unda pentru emisia de la soare este in cadrul luminii vizibile pentru ochiul uman. Este aceasta o coincidenta?
  • Observa cum, cu cat temperatura obiectului care dorim sa il studiem scade la cateva zeci de Kelvin, varful lungimii de unda este in jurul zonei submilimetrice/milimetrice. Cateva dintre cele mai reci obiecte din Univers, ca si norii gigantici de gaz molecular si praf din care noile stele sunt formate, au temperaturi in aceasta arie. Acesta este motivul pentru care astronomia submilimetrica este vitala, sa studieze varful lungimii de unda la care acesti nori emit cea mai mare radiatie de caldura.

Traducere Dan Florin Eduard, clasa a11-a A