周建军超新星遗迹和onthefly观测模式调研进展乌鲁木齐天文站课件

2007年的两项工作 周建军国家天文台乌鲁木齐天文站 内容 对超新星遗迹G21 8 0 6和G32 8 0 1的CO 1 0 观测关于Onthefly观测模式调研的进展 超新星遗迹与分子云的作用 大质量恒星的寿命很短 演化到后期作为超新星爆发时 常常处在其母体巨分子云之中 或者距离很近 这时爆发会产生很强的激波 引发的激波会加速相对论性的粒子 加热和压缩分子气体 诱发化学反应 改变物理条件等 激波引起的湍动还有可能触发新一代恒星的形成 超新星遗迹与分子云的相互作用是一种重要的物理过程 但准确判断超新星遗迹与分子云的相互作用比较困难 超新星遗迹与分子云相互作用的判据 显著的谱线致宽 激波激发的分子气体线宽达到10 50km s 形态特征 周围分子云的边界与超新星遗迹轮廓相符 分子气体密度的增强等 射电连续辐射的增强 激波加热产生的红外辐射 1720MHzOH脉泽是一种超新星遗迹 分子云作用指示器 有些超新星遗迹与1720MHzOH脉泽成协 1720MHzOH脉泽的激发需要的条件只有在C型激波之后的冷却气体内能够形成 超新星遗迹中1720MHzOH脉泽的出现提供了两个关键信息 1 与超新星遗迹相关的分子云的速度 2 相互作用发生的精确位置 Fig1超新星遗迹G21 8 0 6 根据德国马普射电研究所的11cm银道面巡天的数据成图 主波束大小4 3角分 在右下角用黑色的圆表示 噪声强度 rms 为50mJy 等强度线从3 74增加到37 4Jy 步长为3 74 G21 9 0 4是一个HII区 图中的加号代表OH1720MHz脉泽 Fig2超新星遗迹G21 8 0 6的一部分谱线 0 0 就是OH1720MHz的位置 谱线的LSR速度范围 50到160km s TA 的刻度从 1到5K Fig3在超新星遗迹G21 8 0 6不同位置上选择的一些谱线 它们的相对位置表在图的右上角 Fig4超新星遗迹G21 8 0 6的12CO 1 0 速度通道图 速度间隔分别是116 128 86 98 63 75和14 30km s 灰度图的强度标尺是图上方的边条 轮廓图取自图4 1 这里十字表示OH1720MHz脉泽 主波束用黑色椭圆在右下角表示 2 的噪声水平分别是1 25 1 65 2 18 1 29Kkm s Fig5超新星遗迹G32 8 0 1 这是用德国马普射电研究所11cm银道面巡天的数据成的图 Reichetal 1984 主波束为4 3角分 用黑色的圆在右下角表示 噪声强度50mJy beam 等强度线从0 3增加到3Jy 步长为0 3Jy G33 1 0 1和G32 8 0 2是两个HII区 图中的十字代表OH1720MHz脉泽 Fig6超新星遗迹G32 8 0 1的一部分谱线 0 0 就是OH1720MHz的位置 RA 18h51m23 97s Dec 00008 22 54 谱线的LSR速度范围 20到130km s TA 的刻度从 1到4K Fig7在超新星遗迹G32 8 0 1不同位置上选择的一些谱线 它们的相对位置表在图的右上角 其他与Fig6相同 Fig8超新星遗迹G32 8 0 1的12CO 1 0 速度通道图 速度间隔分别是95 105 76 81 45 60和15 25km s 灰度图的强度标尺为图上方的边条 G32 8 0 1的轮廓图取自图5 这里十字表示OH1720MHz脉泽 主波束用黑色椭圆在右下角表示 2 的噪声水平分别是1 25 1 65 2 18 1 29Kkms 1 小结 基于CO分子云的形态特征 CO分子云和OH脉泽的速度 位置重合情况 我们建议G21 8 0 6的分子云C和G32 8 0 1的分子云F可能和超新星遗迹物理相关 但是我们没有在分子云F发现谱线加宽 而且分子云C的谱线加宽也不显著 可能的原因 1 被激发的分子气体处于很高的激发态 这样低激发态的分子跃迁反而减少 CO 1 0 的辐射就很弱 Wilneretal 1998 2 考虑到CO 1 0 谱线的复杂形状 视线方向的分子云引起的混淆也会大大增加观测这类宽辐射线的难度 因此使用高激发态的CO谱线和其他一些能够示踪激发气体的分子谱线 比如HCO 1 0 SiO CS 2 1 CS 3 2 和CS 5 4 进行高分辨率的观测对于获得确切的结论是非常必要的 关于Onthefly观测模式的进展 基本原理观测模式的基本组成天线控制的实现观测程序所要求的主要功能一些功能的实现方法 基本原理 天线以恒定的速度扫描成图区域 在天线扫描的过程中以一定的时间间隔记录数据 根据成图要求而定 一般为1 2秒 最小的时间间隔取决于从频谱终端存取数据的时间 这个时间就是一条谱线的积分时间 优点 减少望远镜运动过程中的无效时间 大大提高了观测效率完成一块加大区域的成图只需要很短的时间 大大减少了天线系统性能的变化对成图质量的不利影响 数据采样率远高于Nyquist采样的要求 不会损失空间信息 系统组成 观测计算机 天线控制计算机 频谱仪采集数据 数据的存储和处理 存储格式 处理软件 天线控制 OTF观测要求天线对目标源进行连续扫描 天线在完成了参考点的观测和校准观测之后 对目标源进行匀速连续的扫描 频谱仪在此过程中记录数据 每隔tdump的时间记录一个数据 根据Nyquist采样的要求 要获得足够的空间信息 必须在天线主波束大小的范围内完成三次或者更多次的采样 为了保证空间信息的完备 一般都进行3次以上的采样 为了降低扫描效应 scanningeffect 的影响 还要进行垂直方向的扫描采样 然后进行累加 为了避免混叠 图像失真 aliasing 在互相垂直的两个方向上都需要适当的过度采样 oversampling 决定参数时的一些总体考虑 每个Nyquist间隔至少采两次数据 采样过程中插入足够次数的校准观测 以消除天空环境变化造成的影响 天气不好时 增加校准次数 保证绝大部分时间都是用在目标源的观测上 一次成图的区域不宜太大 最好能在一小时左右完成 以减少天空环境变化造成的不利影响 只在一个方向 赤径或者赤纬 扫描成图进行累加 会出现所谓扫描效应影响成图质量 我们可以在互相垂直的两个方向分别扫描成图 然后累加 将大大减少这个影响 OTF所需要的主要功能 1 时钟对比 引入GPS信号 2 观测计算机与天线控制计算机的通信方式 与通信接口 观测计算机与频谱仪的通信方式 与通信接口 3 源的坐标的格式与输入方式 桌面手动录入 或者读取源表文件 源表的格式4 坐标转换 从银道坐标 赤道坐标转换到当地的地平坐标 5 观测方式 对参考点Off采取传统的跟踪观测方式 对目标源采用扫描方式 6 对天线运行的控制天线必须以匀速扫过观测目标区域 7 天线的扫描方式坐标系的选择 银道坐标系 赤道坐标系 扫描观测的方向 两个互相垂直方向的选择 扫描起点的选择 左下角 右下角 左上角 右上角 8 数据记录协调天线运行于频谱仪的记录速度 合理安排天线控制计算机于频谱仪的通信 及时记录每个子谱的数据 同时记录相应的位置和世界时 观测程序的界面 菜单式操作 应包含的主要功能10 一些辅助功能 如观测时间 观测灵敏度的估计等 一些功能的实现方法 1 观测程序界面所包含的功能与参数输入时钟比对 时间显示坐标系的选择 银道 赤道坐标系 扫描方向的选择 沿着银经 赤经 或者银纬 赤纬 目标源的坐标输入 观测区域的长度和宽度 l1 l2 l1沿着扫描方向 l2垂直于扫描方向 行间隔 scanrowspacing l接近距离 扫描速度整个区域的重复观测次数 参考源的输入2 时钟对比可以借用天线控制计算机的方式 3 坐标转换 从银道坐标 赤道坐标转换到当地的地平坐标 4 扫描路径的设计 如下图所示 根据输入的目标区域的大小参数 定出扫描的行数 Nrow l2 l 1定出approach点 目标区域观测起始点比如在银道坐标系中 观测从右下角开始 如下图所示 Approach点l l0 l1 2 Dapproachb b0 l2 2行扫描起始点l l0 l1 2b b0 l2 2 3 天线开始观测a 根据源表或者桌面手动输入的参考点 off点 的坐标进行跟踪观测 b 天线运动到approach点 c 天线从approach点开始 以给定的速度运行到起始点 d 天线到了起始点 进入匀速扫描状态 l l0 l1 2 Vscan tb b0