2010.9.14 SRT를 이용한 천문관측

실험내용 우리은하의 회전속도 구하기 외부 관측자료와 비교하기 어떻게 알아낼 수 있을까? 필요한 도구는 무엇일까? 관측자료의 형식 전파망원경의 특성

배경지식 우주를 구성하는 성분의 대부분은 중성수소이다(약 80% 질량). 중성수소의 분포 → 은하의 구조 중성수소의 전자는 모두 에너지준위의 바닥상태에 놓여있다. 이 바닥상태는 실제로는 매우 작은 에너지 차이로 벌어져 있는 두 개의 준위로 되어 있다.

배경지식 중성수소에서는 미세천이에 의해서 21 cm 파장의 전파가 방출된다. 자발 천이 확률=1/1.1X107년/원자 중성수소의 양이 많기 때문에 관측에 충분 21 cm 전파는 성간물질에 의한 흡수가 적어 관측에 유리하다. 파장 21 cm는 주파수로 약 1.42 GHz에 해당한다.

우리은하의 구조 현재까지 알려진 우리은하의 구조 지상에서 본 우리은하의 모습

우리은하의 회전속도 구하기 GC: 은하중심 LSR: Local Standard of Rest V(R): 반경R에서의 회전속도 υ: 시선속도 (-): 접근, (+): 후퇴 무엇이 관측값일까? 관측할 은경의 범위는 얼마가 좋을까?

우리은하의 회전속도 구하기 은경 0o<l<90o 범위에서 시선속도의 최대값은 시선방향과 접하는 곳에서 발생한다.

우리은하의 회전속도 구하기 실제 관측값은 우리의 시선방향에 놓인 모든 소스에서 나오는 값이 합쳐진 것이다. 주파수와 속도와의 관계 우리와 LSR사이의 상대속도 υLSR을 고려하면 위의 식이 어떻게 변할까?

관측된 스펙트럼의 예

관측에 사용될 망원경 개발: MIT’s Haystack Observatory 지름: 2.3 m 빔크기: 7o 관측 가능한 주파수 영역: 1370~1800 MHz 관측주파수 폭(bandwidth): 1.21875 MHz 채널 개수: 156개(디지탈모드4) 채널당 주파수 폭: 0.0078125 MHz 중성수소 21 cm의 중심주파수(rest frequency): 1420.4 MHz http://www.haystack.mit.edu/edu/undergrad/srt/index.html

관측에서 고려할 점 망원경 수신기의 입력 주파수폭 (bandwidth) 도플러효과에 의한 스펙트럼의 넓어짐 (broadening) bandwidth < broadening 일 경우, 모든 속도 성분을 보기 위해서 주파수 구간을 나누어 관측해야 한다. bandwidth υmax 은경 10o에서의 스펙트럼 fc=1420.4 MHz fc=1420.1 MHz 주파수증가 방향 속도증가 방향

관측에서 고려할 점(일반적인 경우) 해결방법? 관측되는 스펙트럼의 기저선(base line)은 평평해야 하지만 실제로 관측에서 얻어진 스펙트럼은 기울어지거나 휘거나 떠있게 된다. 이상적인 경우의 스펙트럼 관측에서 얻은 스펙트럼 해결방법?

관측에서 고려할 점(일반적인 경우) 관측에서 얻은 스펙트럼 빈 하늘의 스펙트럼

SRT 관측 프로그램의 사용법

SRT 관측 프로그램의 사용법 srt.cat SRT의 설정 파일 관측위치 설정 관측대상 설정

SRT 관측 프로그램의 사용법 VLSR 기록 옵션 SRT 구동 범위, 마운트 구조, 통신포트, … 등의 세부 설정

SRT 관측 프로그램의 사용법 관측 batch file 1: 관측 자료를 기록할 파일이름 2: 망원경이 지향할 좌표 지평좌표인 경우의 명령어: azel 160 50 은하좌표인 경우의 명령어: galactic 15 0 3: 수신기의 중심주파수 1418 MHz, 디지탈모드4(156 채널) 4: 내부의 노이즈 소스를 이용한 수신기 캘리브레이션 5: 수신기의 중심주파수 1420.4 MHz, 디지탈모드4 6: 관측시간(콜론과 숫자 사이에 빈 칸 없음에 유의) 7: 기록 종료

SRT 관측자료 처리 관측자료1 first frequency frequency separation time elevation offset azimuth elevation azimuth offset

SRT 관측자료 처리 관측자료2 1st channel data the number of channels digital mode 4

SRT 관측자료 처리 관측자료3 srt.cat에서 VLSR의 기록여부를 결정할 수 있다. VLSR The last channel data

SRT 관측자료 은경 30o에서의 실제 관측자료 은위를 달리하여 중성수소의 스펙트럼 변화를 살펴보았다. 최대 시선속도를 얼마로 볼 수 있을까?

우리은하의 회전곡선

외부 관측자료와 비교하기 LAB survey 자료를 받을 수 있는 주소 The Leiden/Argentine/Bonn Galactic H I Survey 전천에 대한 중성수소 21-cm 관측 http://www.astro.uni-bonn.de/~webaiub/english/tools_labsurvey.php 자료를 받을 수 있는 주소 ftp://cdsarc.u-strasbg.fr/pub/cats/VIII/76/

외부 관측자료와 비교하기 LAB survey에 대한 간단한 소개 Kalberla, P.M.W., Burton, W.B., Hartmann, Dap, Arnal, E.M., Bajaja, E., Morras, R., & Pöppel, W.G.L. (2005), A&A, 440, 775 (astro-ph/0504140)

외부 관측자료와 비교하기 LAB survey 30’ SRT 7o 목표: SRT로 관측한 영역에 해당하는 LAB survey 자료를 처리하여 결과를 비교 SRT의 빔크기: 7o, LAB survey의 빔크기: 30’(남반구 관측), 35.7’(북반구 관측) 빔크기의 차이를 고려하여 LAB survey 자료의 영역(은경,은위)을 선택해야한다. LAB survey 30’ 은하면 SRT 7o

외부 관측자료와 비교하기 속도분해능 고려하기 공간분해능 고려하기 SRT의 velocity resolution = (1.21875 MHz/156)/1420.4 MHz * 299792.458 km/s = 1.65 km/s LAB survey의 velocity resolution ~ 1 km/s 공간분해능 고려하기 SRT 안테나 빔의 반응함수가 가우시안이라고 생각하고 빔의 중심으로부터 거리에 따른 가중치를 주어 평균한다.

외부 관측자료와 비교하기 FTP 사이트의 LAB survey 자료 FITS 형식 What’s your choice? 천문학의 대표적인 자료형식 처리와 뷰어에 대한 다양한 자료 존재 뷰어의 예 SAOImage ds9, FITSview What’s your choice?

2010.9.14 감사합니다.