pdf-file komp. - Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Silke Britzen 

MPIfR, Bonn 

sbritzen@mpifr-bonn.mpg.de 

Tel.: 0228 525 280 

Multifrequenz-Beobachtungen 

in der Astronomie 

Sommersemester 2007 

Literatur: spezifisch zu jeder Vorlesung 

Im Internet: 

www.mpifrbonn.mpg.de/staff/interdocs/sbritzen/. 

- Vorlesung als pdf-file 

- Literaturhinweise 

- (Archiv früherer Vorlesungen) 

1

Panchromatische Bilder des Universums 

Radio 

Visible + X-ray 

Far-Infrared Visible 

Dust Map 

Galaxy Density Map 

2

Aktive Galaxienkerne / Cygnus A 

3` 

Palomar 48-inch Schmidt 

128` 

ROSAT, 0.1-2.4keV 1995 

2` 

Erste Aufnahme von Walter Baade 

mit dem 200" Hale-Reflektor 

3.3` 

CHANDRA, 0.1-10keV 2003 

2.3` 

Effelsberg, 8.5 mm, 1976 VLA, 6cm 

VLA 6cm 

VLBI 1.3cm 

VLBI 7mm 

5`` 

130`` 

100 mas 

3 mas 

HST 

optisch 

Röntgen 

Radio




� 19.04.: Überblick 

Themen & Daten 

� 04.05.: Grundlagen: Teleskope, Detektoren 

& Emissionsmechanismen 

� 18.05.: Von Sternwarten zu Virtual 

Observatories: Durchmusterungen 

� 01.06.: Deep Fields in „Bunt“ 

� 15.06.: 

� 29.06.:„Multifrequenzrätsel“ 

� 13.07.:Multifrequenzkampagnen (Mrk 501, 

etc.) 

� 27.07.: Die Multifrequenz-Zukunft 

5

04.05.: Grundlagen: Teleskope, Detektoren & 

Emissionsmechanismen 

6



• Welche Teleskope in welchen Wellenlängenbereichen stehen zur Zeit 

zur Verfügung (Radio – TeV)? 

• Historische Entwicklung der Teleskope (kurz) 

• Detektoren und Bildgewinnung 

• Beobachtungsmöglichkeiten (Details) 

• Die Highlights: die wichtigsten Beobachtungen der Instrumente 

• Emissionsprozesse / kosmische Objekte 

7



8



Zur Zeit stehen zur Verfügung: 

• Radio: 

– Single-dish, Lokale Interferometer, VLBI, geodätische Teleskope 

– Kein Weltraumteleskop zur Zeit 

• Mikrowellen: 

– Weltraum: WMAP 

- APEX …. 

• Infrarot: 

– Weltraum: Spitzer 

– SOFIA 

– VLT/I 

• Optisch: 

– Weltraum: HST 

– VLT/I 

• UV: 

Spitzer 

– Weltraum: HST 

– SWIFT, GALEX 

9



Zur Zeit stehen zur Verfügung: 

• Extremes UV: 

– EUVE (Estreme Ultraviolet Explorer) 

– ALEXIS (Array of Low Energy X-ray Imaging Sensors) 

• Röntgen: 

– RXTE (Rossi X-ry Timing Explorer) 

– CHANDRA 

– XMM-Newton 

• Gamma: 

– SWIFT 

• TeV: 

– HESS 

– MAGIC 

– Veritas 

– Cangaroo 

10

04.05.: Grundlagen: Teleskope, Detektoren & Emissionsmechanismen 

Spitzer 

• 300000 Spitzer Bilder 

der Großen 

Magellanschen Wolke 

(Entf. 160000 Lj) 

kombiniert 

• Details jetzt sichtbar: 

– Neue Sterne „zählbar“ 

– Wieviel Staub geben 

alte Sterne in die 

Galaxie ab? 

– Sternentstehungsrate 

bestimmbar 

IRAS 

11


Infrarot-Emission der Milchstraße 

• Ebene des Sonnensystems, illustriert durch den Staub, 

emittiert bei 12 μm 

IRAS 

12


γ-Strahlen Astronomie der Milchstraße 

EGRET 

(>100 MeV) 

• ~60% interstellare Emission from the MW 

• ~10% sind katalogisierte (3EG) Punktquellen 3EG catalog (Hartman et al. 1999) 

13

18.05.: Von Sternwarten zu Virtual 

Observatories: Durchmusterungen 

14

18.05.: Von Sternwarten zu Virtual Observatories: 

Durchmusterungen 

• (kurze) Historie der Durchmusterungen 

• Die wichtigsten Surveys, die wichtigsten detektierten Objekte, 

Populationen, Rotverschiebungen 

• Status zur Zeit: welche Durchmusterungen werden zur Zeit 

durchgeführt 

• …. und in Zukunft? 

• Virtuelle Observatorien: welche gibt es? Optionen, Zugang 

• Internetmöglichkeiten: Archive, Informationen 

15

Radio 

Optisch 

öntgen 

Gamma 



NVSS 1.4 GHz 2 000 000 VLA-Karten 

FIRST 1365 & 1435 MHz 811 000 1mJy 

WENSS 326 & 612 MHz 300 000 nördlich Deklination 30 

MPI-NRAO 5 GHz 518 >1Jy, Radio-Sp., Pos., opt. 

3CR 178 MHz 471 

SDSS II / 

SEGUE Universum, Milchstraße, DE 

SDSS 3551, 4686, 6165, 

7481, 8931Å ~200 000 000 25% des Himmels, Rotversch. 

2dF 245 591 >23 000 QSOs, z~0.1 

ROSAT/ 

Frequenz Anzahl 

RASS 0.1-2.4 keV ~150 000 

CHANDRA 

CDF-N 0.5-8 keV 600 

CDF-S 0.5-8 keV 800 

EGRET > 30 MeV 271 67 Blazare, 27 Kandidaten 16

Before the SDSS 

Star cluster Palomar 5 

17

After the SDSS 

Star cluster Palomar 5 

18

Die Astronomie erwartet eine Datenflut: 

Multi-Terabyte (bald: 

Multi-PB) 


und Archive über 

einen sehr weiten 

Wellenlängenbereich 

… 

1 nanoSky (HDF-S) 

1 microSky (DPOSS) 

Milliarden 

detektierter 

Quellen, 

Hunderte 

gemessener 

Parameter pro 

Quelle … 

19

20 

Galactic Center Region (a tiny portion) 2MASS NIR Image

Sloan Digital Sky Survey 

Ziel: 

Die detaillierteste Karte des 

Nördlichen Himmels zu erstellen 

Zwei Durchmusterungen in einer: 

Photometrische Durchmusterung in 5 

Bändern 

Spektroskopische Rotverschiebungs- 

Durchmusterung 

Automatische Datenreduktion: 

150 Mann-Jahre Entwicklungszeit 

Riesen Datenvolumen: 

40 TB Rohdaten 

5 TB Katalog 

Daten sind öffentlich!! 

The 

The 

University 

University 

of 

of 

Chicago 

Chicago 

Princeton 

Princeton 

University 

University 

The 

The 

Johns 

Johns 

Hopkins 

Hopkins 

University 

University 

The 

The 

University 

University 

of 

of 

Washington 

Washington 

New 

New 

Mexico 

Mexico 

State 

State 

University 

University 

Fermi 

Fermi 

National 

National 

Accelerator 

Accelerator 

Laboratory 

Laboratory 

US 

US 

Naval 

Naval 

Observatory 

Observatory 

The 

The 

Japanese 

Japanese 

Participation 

Participation 

Group 

Group 

The 

The 

Institute 

Institute 

for 

for 

Advanced 

Advanced 

Study 

Study 

Max 

Max 

Planck 

Planck 

Inst, 

Inst, 

Heidelberg 

Heidelberg 

Sloan 

Sloan 

Foundation, 

Foundation, 

NSF, 

NSF, 

DOE, 

DOE, 

NASA 

NASA 

21

Die photometrische Durchmusterung 

Drift scan of 10,000 square degrees 

24k x 1M pixel “panoramic” images 

in 5 colors – broad-band filters (u,g,r,i,z) 

2.5 Terapixels of images 

22

Die spektroskopische Durchmusterung 

Expandierendes Universum 

Rotverschiebung entsp. Entfernung 

SDSS Redshift Survey 

1 Million Galaxien 

100,000 Quasare 

100,000 Sterne 

Zwei Spektrographen 

Spektraler Bereich 3900-9200 Å 

640 Spektra simultan 

R=2000 Auflösung, 1.3 Å 

Automatische Reduktion der 

Spektren, 

23

• Sloan Digital Sky Survey: Pixel + Objekte 

• 400M Objekte 

• 2.4TB öffentlich 

• Prototyp eScience Labor (800 Benutzer) 

• Visuelle Werkzeuge 

• Prototyp in Daten Veröffentlichung 

– 200 Millionen web hits 5 Jahren 

– 930,000 einzelne Nutzer 

http://skyserver.sdss.org/ 

SkyServer Portal 

24

• Hauptfragen: 

“Präzisions Kosmologie” 

– Dunkle Materie, Dunkle Energie 

• In den letzten Jahren: 

– Entdeckung der Beschleunigung des Universums 

– Neutrino Masse definieren 

– Entscheidend beigetragen zu Untersuchungen des 

CMB 

• Durchmusterungen: 

– Die Parameter des Universums mit einer Genauigkeit 

von wenigen Prozent bestimmen 

25

Nature, 420, 262 (21 Nov 2002)

Die beobachtende Astronomie ändert sich: 

• Riesige digitale Durchmusterungen sind die 

dominante Datenquelle: > 100 TB, und steigt schnell 

an 

� Viele Wellenlängen, Erd- und Raum-gebunden 

� Also: Digitale Bibliotheken, Sternwarten Archive 

� Also: Immense Numersiche Simulationen 

� Bald: multi-Epochen oder wiederholte Durchmusterungen (PB scale) 

• “Früher”: Studien individueller Quellen oder kleiner 

Anzahlen (~ 10 1 -10 3 Objekte), GB-Skalen Datensätze 

• Heute: ~ 10 6 -10 9 Quellen, TB-Skalen Datensätze 

(bald: PB Skalen), zunehmende Komplexität 

• Datensätze werden Größenordnungen 

umfangreicher sein, komplexer, aber auch 

homogener als in der Vergangenheit



• Kilobyte (kB): 10 3 

• Megabyte (MB): 10 6 

• Gigabyte (GB): 10 9 

• Terabyte (TB): 10 12 

• Petabyte (PB): 10 15 

• Exabyte (EB): 10 18 

• Zettabyte (ZB): 10 21 

• Yottabyte (YB): 10 24 

28

CMB Surveys 

• 1990 COBE 1000 

• 2000 Boomerang 10,000 

• 2002 CBI 50,000 

• 2003 WMAP 1 Million 

• 2008 Planck 10 Million 

Time Domain 

• QUEST 

• SDSS Extension survey 

• Dark Energy Camera 

• PanStarrs: 1PB by 2007 

• LSST: 100PB by 2020 

Trends 

Angular Galaxy Surveys 

• 1970 Lick 1M 

• 1990 APM 2M 

• 2005 SDSS 200M 

• 2008 VISTA 1000M 

• 2012 LSST 3000M 

Galaxy Redshift Surveys 

• 1986 CfA 3500 

• 1996 LCRS 23000 

• 2003 2dF 250000 

• 2005 SDSS 750000 

Petabytes/year by the end of the decade… 

29



• Daten wachsen exponentiell 

• Neue Modelle werden benötigt 

– Mehr Daten machen es schwieriger Wissen/Information zu 

extrahieren 

• Informationen für jeden 

– Studenten sehen dieselben Daten wie Ihre Betreuer 

• Noch mehr Daten: Petabytes/year in 2010 

– Skalierbare Lösungen notwendig 

– Analyse muß sich zu den Daten bewegen 

• … in allen Wissenschaften dasselbe 

– Hochenergiephysik, Medizin, Ozeanographie, 

Umweltwissenschaften, etc 

• Daten Auswertung: eine boomende Branch der 

Wissenschaft 

Multiple Fähigkeiten in einer Welt steigender Spezialisierung sind 

erforderlich !! 

30

http://virtualsky.org (R. Williams et al.)

• Abstracts 

• Articles 

• Library 

• Catalogs 

• Archives 

The NASA Astrophysics Data System 

http://adsabs.harvard.edu/ 

32

• Select a database 

Searching the ADS Abstracts 

– Astronomy and Astrophysics 

abstracts 

– Instrumentation 

– Physics and Geophysics 

– ADS/LANL Preprints 

33

SIMBAD 

http://simbad.u-strasbg.fr/Simbad 

• Set of Identifications, Measurements, and Bibliography for 

Astronomical Data 

• Object name to get coordinates 

• Name resolver from integrated index of observatory archives 

• > 1.4 x 10 6 fixed objects e.g. stars, nebulae; excludes solar system 

bodies 

• >2200 astronomical catalogs cross-indexed 

• Bibliographic information for stars from 1950; extragalactic objects 

from 1983 

34

NED 

http://nedwww.ipac.caltech.edu/ 

• NASA Extragalactic Database 

• Database server located in Pasadena CA 

• Fixed objects, e.g. galaxies, quasars 

• Enter object name to find coordinates 

• Linked to NASA ADS Abstract Service 

35

AstroWeb 

• CDS (André Heck, Daniel Egret) 

• MSSSO (Anton Koekemoor) 

• NRAO (Don Wells) 

• WWW-VL (La Plata, Sergio Paoli) 

• ST-ECF (Hans-Martin Adorf, Fionn 

Murtagh) 

• STScI (Bob Jackson) 

• VILSPA (Jose Daniel Ponz) 

36

01.06.:Deep Fields in „Bunt“ 

37

Paradigma der Aktiven Galaxienkerne 

Typ 2: 

Zweiseitige Jets; 

Jet 

Frei-Frei Absorption; 

Schmale Linien Region; 

Starke Absorption von 

weicher 

Röntgenstrahlung 

Black 

Hole 

Obscuring 

Torus 

Typ 1: 

Narrow Line 

Region 

Einseitige Jets; 

Breite und Schmale 

Linien-Region; 

Keine Absorption Broad Line von 

weicher Röntgenstrahlung 

Region 

Accretion 

Disk

Hubble Deep Field North (HDF-N) (HDF N) 

• 10 days of HST time 

• Imaged 2.5' 2.5' of sky 

• Depth (I-band) : ~ 28 mag. 

• High resolution : ~ 40 mas 

• Flanking fields : ~ 25 mag. 

• Follow-up observations 

- Sub-mm, IR, X-ray, Radio, 

Ground-based opt. imaging, 

Spectroscopy…










Spectroscopy… 

Richards et al. 1998























Previous results in HDF-N HDF 

EVN 1.6 GHz obs. 

(Garrett et al. 2001) 

-6 (MERLIN) targets 

- noise level ~ 30 Jy/beam 

(in dirty maps) 

- 3 detections

CXC 

Chandra X-Ray Observatory 

Hubble Deep Field North

CXC 


Hubble Deep Field North 

Chandra-Aufnahme des HDF-N: 

•Röntgenstrahlung von 6 Galaxien 

•Keine Röntgenstrahlung von den 

energiereichsten 

Galaxien im Feld 

•Röntgen-Objekte sind z.T. entfernt: 

3 elliptische, eine extrem rote, entfernte 

Galaxie, nahe Spiralgalaxie 

•Keine Röntgen-Galaxie entspricht einer 

submm- Quelle: extrem leuchtkräftig, staubig, 

produziert Infrarot-Strahlung

Röntgenquellen im HDF-N 

und Positionen der sub-mm 

Quellen 

CXC 


Hubble Deep Field North 

Chandra-Aufnahme des HDF-N: 

•Keine Röntgen-Galaxie entspricht einer 

submm- Quelle 

• sub-mm: extrem leuchtkräftig, staubig, 

produzieren Infrarot-Strahlung -> aufgrund 

Entfernung ist Infrarot-Strahlung in sub-mm 

Bereich verschoben 

•Daraus: weniger als 15% der sub-mm 

Quellen sind Röntgenquellen 

•Sub-mm Quellen: AGN oder Starburst? 

•=> entweder ungeheure Starbursts oder best 

versteckte Schwarze Löcher


Hubble Ultra Deep Field 

47



• Hubble Ultra Deep Field 

HUDF, 2004 

• Great Observatories 

Origins Deep Survey 

GOODS, 2003 

• Präsentiert August 2006 

48



• Zwei der tiefsten Bilder von 

Hubble analysiert 

• Goldmiene: mehr als 500 

Galaxien, weniger als eine 

Milliarde Jahre nach dem Big 

Bang entstanden (7% des 

Alters) 

• Studium der frühen Phasen 

• Kleiner als heutige Galaxien 

• Blauer 

• => Galaxien entstehen 

vermutlich aus Zwerggalaxien; 

Verschmelzungen erzeugen 

dann größere Galaxien: 

bestätigt hierarchische Theorie 

der Galaxienentstehung 

49



• Zwerggalaxien produzieren 

Sterne mit furioser Rate: 10x 

schneller als heute in nahen 

Galaxien 

• Genügend Strahlung von 

heißen Sternen um kalten 

Wasserstoff wieder zu 

erhitzen? 

• Mehr Informationen mit der 

neuen Infrarot-Kamera und 

JWST (James Webb Space 

Telescope, 2013) 

50

CHANDRA Deep Field-North: 28‘ 


CHANDRA Deep Fields 

CHANDRA Deep Field-South: 24‘ 

• Aus Spektren von mehr als 200 Supermassiven 

Schwarzen Löchern: Eisenmenge in den Zentren 

bestimmt 

51



• Oben: 50 SL in 9 Milliarden Lj Entfernung 

• Unten: 22 SL in 11 Milliarden Lj Entfernung 

• => Eisenmenge hat sich vermutlich nicht signifikant geändert: Eisen wurde sehr früh 

in den Galaxien erzeugt 

52



• Kombination von CHANDRA DF-N 

mit sub-mm und optischen 

Beobachtungen: 

• Die meisten der sub-mm Galaxien 

sind ZWEI kollidierende Galaxien 

• SMG 123616.1+621513, 70000 Lj 

Entfernung zw. den beiden Galaxien 

• Versch. Farben aufgrund 

unterschiedl. Absorption durch Gas 

und Staub: blau stärkere Absorption 

als Rot 

53



Kollisionen scheinen extreme Schwarze Löcher und 

extremes Wachstum der Galaxien bewirken zu können: 

möglicherweise der Beginn eines Quasars 

54

01.06.:Deep Fields in „Bunt 

CHANDRA & Spitzer 

• CHANDRA & Spitzer 

(+bodengebundener optischer 

Teleskope): Bild von mehr als 

1000 Schwarzen Löchern 

• Wide-field Panorama 

• 126 separate CHANDRA 

Belichtungen (jede mehr als 5000 

Sekunden) 

• Das größte kontinuierliche Feld 

• 9.3 Quadratgrad, 40 mal größer 

als der Vollmond 

55

01.06.:Deep Fields in „Bunt 

CHANDRA & Spitzer 

• Ergebnisse: Zweifel am Gas- 

Torus 

• Grund: erwartet wurden alle 

Sorten von Verdeckungen, statt 

dessen: entweder „nackt“ oder 

bedeckt, wenige dazwischen; 600 

obscured und 700 unobscured, 

zw. 6 und 11 Milliarden Lichtjahre 

Entfernung 

• Spitzer: erlaubt Separation 

zwischen AGN und Sterne und 

Galaxien: Multifrequenz 

56

15.06.: Noch offen!!!!! 

57

29.06.: „Multifrequenzrätsel“ 

58

Zum Beispiel: 

• 45 jähriges Puzzle gelöst: Geister-Spiralarme in M106 

• XMM + CHANDRA + Spitzer 


• M106 = NGC4258, Spiralgalaxie, 23.5 Millionen Lj 

Entfernung 

• Optisch: zwei Spiralarme, junge, helle Sterne 

• Radio & Röntgen: zwei zusätzliche Spiralarme 

• XMM + CHANDRA + Spitzer: zeigen Geisterarme 

als Regionen stark erhitzter Gaswellen 

• (erscheint am 10.05 im ApJ) 

59

X-ray: ROSAT UV: FOCA 

Near-Infrared: 2MASS Far-Infrared: IRAS 


z.Bsp. M106 

Radio: NVSS 

60

NASA/CXC/Univ. of Maryland/A.S. Wilson et al. 

Optical: Pal.Obs. DSS; IR: NASA/JPL-Caltech; 

VLA & NRAO/AUI/NSF 


z.Bsp. M106 

• Optisch (DSS): gelb 

• Radio (VLA): rosa-rot (purple) 

• Röntgen (CHANDRA): blau 

• IR (Spitzer): rot 

• Anomale Arme als purple und 

blau 

61


Ein dreifacher Quasar & die Wagenradgalaxie 

– Wagenradgalaxie 

– Neue Multifrequenz- 

Beobachtungen 

– Neue Ergebnisse 

– Verschmelzung von 3 

Quasaren? 

– Ergebnis des 

Gravitationslinseneffekts? 

– 150 000 Lichtjahre entfernt 

62


David W. Hogg/Michael R. Blanton/Sloan Digital Sky Survey 

Collaboration 

NGC 4395: 

•400 000 fach massiver als Sonne 

•Seltene Masse 

•Outflow: rotierende Scheibe 

•Wie entstehen die supermassiven 

aus den weniger massiven SL 

•Radioteleskope, VLBI: schwache 

Radioemission des outflows (1 Lj.) 

•Auch in UV und 

Röntgen-Beobachtungen 

63

27.07.: Die Multifrequenz - Zukunft 

64

27.07.: Die Multifrequenz - Zukunft 

65

27.07.: Die Multifrequenz – Zukunft 

Zukünftige Missionen 

• AGILE (Astro-rivelatore Gamma a Immagini 

LEggero) 

– ASI eher kleine Mission, Launch??, gute PSF, 

große FOV, kurze deadtime, sehr limitierte 

Energieauflösung 

• AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) 

– International, kosmische Strahlen Experiment 

für ISS, >1 GeV Gamma-Strahlung, 

scheduled for 16 th shuttle launch once 

launches resume 

• GLAST… 

66

Spectrum Astro 

GLAST Large Area Telescope (LAT) 

• Within its first few weeks, the LAT 

will double the number of celestial 

gamma rays ever detected 

• 5-year design life, goal of 10 

years 

3000 kg 

67

Spectrum Astro 

GLAST Large Area Telescope (LAT) 

EGRET 

Years 

1991– 

00 

Ang. 

Res. 

(100 

MeV) 

Ang. 

Res. 

(10 

GeV) 

Eng. 

Rng. 

(GeV) 

A eff Ω 

(cm 2 

sr) 

# γ−rays 

5.8° 0.5° 0.03–10 750 1.4 × 10 6 

AGILE 2005– 4.7° 0.2° 0.03–50 1,500 

AMS 

GLAST 

LAT 

2005+? 

– 

– 0.1° 0.3–300 1,600 

2007– 3.5° 0.1° 0.02–300 25,000 

4 × 

10 6 /yr 

7 × 

10 5 /yr 

1 × 

10 8 /yr 

68

Silke Britzen 

MPIfR, Bonn 

sbritzen@mpifr-bonn.mpg.de 

Tel.: 0228 525 280 

Web: /staff/interdocs/sbritzen 




� Überblick 

In 2 Wochen (am 04.05): 

� 04.05.: Grundlagen: 

Teleskope, Detektoren & 


69

pdf-file komp. - Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

Template löschen?

Als Template speichern?