Infraroodastronomie

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Infraroodastronomie is het onderdeel van de sterrenkunde en astrofysica die zich bezighoudt met objecten die zichtbaar zijn in infrarood (IR) straling. Zichtbaar licht ligt tussen 400 nm (blauw) tot 700 nm (rood). Golflengten langer dan 700 nm maar korter dan microgolven (1mm tot 30 cm) worden aangeduid als infrarood (soms als submillimeter gebied).

Men onderscheidt in de astronomie drie golflengtegebieden: nabij-infrarood (0.7-1 - 5 µm), middel-infrarood (5 - 25-40 µm), en ver-infrarood (25-40 - 200-350 µm); de grenzen zijn niet scherp vastgelegd en kunnen per publicatie varieren.

Onderzoekers delen infraroodsterrenkunde in bij optische astronomie omdat meestal optische componenten (spiegels, lenzen en detectoren) worden toegepast.

Ontdekking[bewerken]

In navolging van Isaac Newton, die met zijn prisma wit licht splitste in de kleuren van de regenboog (het optische spectrum), ontdekte William Herschel in 1800 dat het warmste deel van het zonlicht voorbij het rode uiteinde van het spectrum lag. Deze warmtestralen vertoonden zelfs spectraallijnen. Charles Piazzi Smyth vond in 1856 infraroodstraling in het licht van de maan. In Nederland deed Willem Henri Julius (1860-1925) experimenten met infraroodstraling.

Waarom meten in het infrarood?[bewerken]

Minder extinctie door stof[bewerken]

De interstellaire extinctie van elektromagnetische straling door interstellair stof is sterk afhankelijk van de golflengte. Bij een golflengte van 2 µm in het nabij-infrarood is de extinctie slechts 1/10 van die in het zichtbare licht. Daardoor worden gebieden zichtbaar die achter het stof gelegen zijn, zoals jonge sterren, het Galactisch centrum en de kernen van infrarode sterrenstelsels.

Studie van koude objecten[bewerken]

Volgens de Wet van Planck stralen koude hemellichamen zoals bijvoorbeeld bruine dwergen of protosterren die diep in een moleculaire wolk liggen de meeste energie uit in het infrarood. Veel in het interstellair medium aanwezige atomen, ionen, en moleculen hebben belangrijke spectraallijnen in het infrarood. Bijzonder geschikt is de infraroodspectroscopie voor de bepaling van de samenstelling en de natuurkundige eigenschappen van gas met temperaturen van enkele 100 Kelvin. Kouder (< 100 Kelvin) stof in het interstellaire medium straalt het geabsorbeerde licht weer uit in het ver-infrarood en draagt bij tot de energiebalans van astronomische objecten. In het middel-infrarood is er sterke emissie door organische verbindingen in het interstellaire medium die lijken op polycyclische aromatische koolwaterstoffen.

Waarnemingen bij grote roodverschuiving[bewerken]

Door de kosmische roodverschuiving is het door sterrenstelsels uitgestraalde zichbare of UV-licht op aarde in het nabij-infrarood waarneembaar. Dit was een sterke motivatie om de James Webb-ruimtetelescoop te bouwen.

Moderne infraroodtechniek[bewerken]

De goedkoopste detectoren voor IR onderzoek met telescopen zijn HgCdTe arrays voor golflengten tussen 1 en 5 micrometer. Voor langere golflengten of betere gevoeligheid worden andere detectoren gebruikt, bijvoorbeeld narrow gap semiconductor detectoren, lage temperatuur bolometer arrays van photon-counting Superconducting Tunnel Junction arrays.

IR-waarnemingen stellen de volgende eisen:

  • zeer lage donkerstroom om lang te kunnen meten
  • uitleescircuits met weinig ruis

Indeling spectrum[bewerken]

Infrarood ruimtetelescopen als de Spitzer Space Telescope, IRAS, ISO en de Herschel Space Observatory kunnen in het gehele IR-spectrum waarnemen. Toch worden de meeste IR-waarnemingen vanaf de grond gedaan in een beperkt aantal gebieden waar de atmosfeer IR-straling doorlaat. Vooral waterdamp houdt IR-licht tegen. De doorlatende golflengtegebieden zijn:

Golflengtegebied Astronomische banden Telescopen
(micrometers)
0,65 - 1,0 R en I banden Alle belangrijke optische telescopen
1,25 J band De meeste belangrijke optische telescopen en de meeste speciale IR- telescopen
1,65 H band Idem
2,2 K band Idem
3,45 L band De meeste speciale IR-telescopen en sommige optische telescopen
4,7 M band Idem
10 N band Idem
20 Q band Idem
450 submillimeter Submillimeter telescopen

In de tussenliggende gebieden zijn IR waarnemingen vanaf de grond moeilijk of onmogelijk vanwege de absorptie (ondoorlaatbaarheid) van de atmosfeer. Speciale IR- en submillimeter telescopen worden daarom op hooggelegen plaatsen gebouwd, zoals Mauna Kea-observatorium, Hawaï en de Atacama_Large_Millimeter_Array in Chile, of bevinden zich in vliegtuigen (SOFIA). Gegevens van observatoria in de ruimte zoals de Spitzer Space Telescope, IRAS, ISO en WISE vullen de gaten in die waarnemingen vanaf de grond moeten laten vallen.

Externe links[bewerken]