SEMINÁRIO ASTROFÍSICA OBSERVACIONAL. Jullian H. B. Santos Professor Jorge Menendez

Transcrição

1 SEMINÁRIO ASTROFÍSICA OBSERVACIONAL Jullian H. B. Santos Professor Jorge Menendez

2 Rádio e Micro-ondas

3 Astronomia em Radio e Micro-ondas

4 Espectro Eletromagnético

5 Espectro Eletromagnético

6 História Karl Guthe Jansky ( ) primeiras observações em rádio astronomia Observações do Sol em rádio Reconhecimento do núcleo galáctico como um rádio fonte A mais antiga das novas astronomias

7 Para que observar em rádio? Rádio fontes Sol Centro Galáctico Restos de supernovas Pulsares/RRT s Regiões de formação estelar Rádio Galáxias (AGN s) Radiação Cósmica de Fundo SETI

8 Opacidade da atmosfera

9 Considerações iniciais Unidade padrão jansky (Jy): 1Jy = W m 2 Hz 1 A maioria das radio fontes emitem radiação térmica (lei de Rayleigh-Jeans) F υ = 2πk c 2 Tυ 2 Ou Radiação Sincrotron F υ υ α (0,2 α 1,2)

10 Detectores e receptores Detectores aceitam uma banda muito estreita de frequência e um plano de polarização Muitos radiotelescópios são espectrógrafos e rádio polarímetros

11 Detecção Processo de duas fases Criação de sinal elétrico na detecção Processamento até forma útil Detectores coerentes Conserva a fase Antenas

12 Rádio detecção Dipolo de meia onda mais cabo coaxial

13 Detecção de micro-ondas Antena com chifre com cabo coaxial

14 Receptor Sensibilidade Amplificação Largura da banda Nível de ruído do receptor Tempo de integração.

15 Sensibilidade Muito relacionado com os outros parâmetros Brilho mínimo B min = 2kν2 KT s c 2 tδν

16 Largura de banda Para potência constante com a frequência de entrada Medida entre a frequência de saída em que a força do sinal é metade do máximo

17 Nível de ruído no receptor Emissão de elétrons aleatórias no tubo de vácuo Semicondutores e parabólica Ruído externo (radio difusores e fornos) Térmico (Johnson; Nyquist) Aleatório Caracterizado por T s Relacionado com a amplificação

18 Receptor Superheterodyne System Gain 10 à 1000 Próximo ao 0 K Pré amplificação Abaixo de 1GHz => amplificadores transistores De 1 à 40 GHz => FET, paramétricos e maser Acima de 40 GHz => mixer (Schottky diodes) Detector obedece lei de raiz => a ddp de saida do detector é proporcional a raíz da ddp de entrada

19 Receptor Superheterodyne System

20 Receptor Superheterodyne System Dicke Radiômetro Os Sistemas básicos possuem alta temperatura Problema pode ser amenizado de uma ddp igual e de sentido oposto em estágios tardios Gain instável Trocando rapidamente da antena para o calibrador do ruído Sensor sensível às fases

21 Espectrógrafos O oscilador local pode ser sintonizado produzindo uma frequência do receptor de varredura Receptor pode ser um dispositivo de multicanais Mais estável, mais usado Alta resolução escaneando atrves de linhas de emissões moleculares Acústico-óptico rádio espectrômetro Rádio sinal convertido em onda ultrassonica Célula com água é o meio de propagação do som Célula ilumunada com laser e medida a difração do feixe

22 Problemas Ruído de fontes artificiais Uso de linhas restritas à rádio astronomia Céu de fundo No futuro possível isolamento dos radiotelescópios Ruído em possíveis Rádio telescópios espaciais

23 Rádio telescópios

24 Diagrama polar Gráfico em coordenadas polares (voltagem de saída X ângulo da fonte com o eixo óptico) Descrito por: Largura do jato em pontos de meia potencia (BWHP) Largura do jato em primeiros nulos (WBFN) Gain Área efetiva

25 Diagrama polar

26 Array Pode ser aumentada a performance colocando os dipolos em fila (array) Colinear ou broadside Aumenta o gain mas aparece Disco de Airy Ambiguidade na direção do fonte Eliminada por um elemento parasita Vara conduto para dipolo Refletor para array (muitas vezes pratos parabólicos)

27 Broadside array

28 Array

29 Como concentrar ondas? Com estes dispositivos na rádio astronomia equivale a observar com olho nu na óptica Pratos parabólicos para concentrar sinal Quanto maior o comprimento de onda maior o prato Grande comprimento de onda permite maiores imperfeições (uso de malhas) Problemas com vento e gravidade

30 Mills cross Dois arrays colineares orientados norte e sul e leste oeste Sua interseção é um corte estreito e vertical A saída do corte pode ser isolada do resto e analasada (em fase e fora de fase)

31 Construção A maior dificuldade são os pratos parabólicos Gravidade, ventos, expansões térmicas e oxidação tornam irregular Solução? Enclausurar o prato, evitar o vento Pintar de branco