Original Article: Introduction to Radio Spectroscopy with the 26m telescope at Hartebeesthoek
Author: HartRAO

Introdução à Espectroscopia de Rádio com o telescópio de 26m em Hartebeesthoek

Átomos, Moléculas e Espectroscopia

No espaço entre as estrelas encontram-se nuvens de gás, das quais se formaram as estrelas. Essas nuvens consistem principalmente do átomo mais simples, hidrogênio. Átomos mais massivos, como carbono, oxigênio e nitrogênio são criados dentro das estrelas pela fusão nuclear. Estes átomos são devolvidos ao espaço nos ventos dados pelas estrelas e quando as estrelas explodem. Os átomos podem se combinar quimicamente para formar muitos tipos de moléculas, tais como água (H2O), monóxido de carbono (CO) e amônia (NH3).

Vários tipos de átomos e moléculas produzem linhas de emissão a frequências específicas na faixa de comprimento de onda de centímetro que são observáveis com o radiotelescópio Hartebeesthoek .

Aqui nós descrevemos:

  • Onde e como algumas dessas linhas ocorrem,
  • Mostre alguns exemplos observado por meio de espectroscopia em Hartebeesthoek, e
  • Explique porque as linhas se parecem do jeito que são.


Nuvens moleculares

Hidróxilo (OH) é uma das moléculas mais simples e é amplamente encontrada em nuvens moleculares no espaço interestelar. Produz quatro linhas de emissão com frequências de 1612, 1665, 1667 e 1720 MHz na faixa de comprimento de onda de 18cm. Observações dessas linhas fornecem informações sobre as condições físicas dentro dessas nuvens e o estado de excitação das moléculas.

Formaldeído (HCHO) é também comum em nuvens moleculares. É normalmente visto como uma linha de absorção a 4829 MHz na faixa de comprimento de onda de 6 cm. É encontrado nas partes mais densas de nuvens moleculares.

generic spectrum Exemplos de espectros e mais informações em hidroxilo e formaldeído a partir de uma nuvem molecular mostrando linhas tanto em emissão como em absorção são dados aqui.


Masers em regiões de formação de estrelas

Os núcleos densos das nuvens moleculares podem desmoronar sob seu próprio peso para formar novas estrelas. Se a estrela recém formada tiver mais de oito vezes a massa do sol, ela produz radiação suficiente para excitar uma emissão estimulada muito forte nos comprimentos de onda de rádio, conhecida como Maser, de moléculas tais como as Hidroxilo nas nuvens circundantes.

Além dos masers intensivos das quatro linhas terrestres a 18cm de comprimento de onda, masers de Hidroxil são conhecidos por ocorrerem em linhas a partir de estados excitados. Estas incluem as três linhas a 4660, 4750 e 4765 MHz na banda de comprimento de onda de 6 cm e as quatro linhas em 6016, 6030, 6035 e 6049 MHz na banda de comprimento de onda de 5 cm. Estas transições são todas observáveis em Hartebeesthoek.

Em 1987, também se verificou que os masers fortes eram gerados por moléculas de metanol (CH3OH, o álcool mais simples) nas regiões formadoras de estrelas, com uma frequência de 12178 MHz na banda de comprimento de onda de 2,5 cm.

Os masers de metanol ainda mais fortes foram descobertos em 1992. Estes ocorrem a 6668 MHz na banda de comprimento de onda de 4,5 cm. Várias centenas foram descobertos desde então, muitos deles com o telescópio Hartebeesthoek.

generic spectrum Esses espectros mostram as variações rápidas que foram descobertas em um maser de metanol durante a monitorização com o telescópio Hartebeesthoek.


Linhas de recombinação de Hidrogénio Ionizado

A radiação ultravioleta dessas estrelas maciças divide os átomos de hidrogênio neutro (HI) na nuvem circundante em seus prótons e elétrons constituintes, criando uma nuvem de hidrogênio ionizado em constante crescimento, ou região HII . Alguns milhares desses objetos são conhecidos dentro de nossa galáxia, bem conhecidos, incluindo as Orion e Rosette Nebulae. O hidrogênio ionizado é quente, com uma temperatura de 5000-10000 K.

HII produzem uma série de linhas de emissão a partir dos prótons e eletróns à medida que se recombinam para formar átomos de hidrogénio em estados excitados. Estas linhas de recombinação de hidrogênio são geralmente largas e fracas, devido à alta temperatura do gás. Eles ocorrem em intervalos regulares em todo o espectro de rádio.

generic spectrum Espectros de linhas de recombinação. As linhas observáveis em Hartebeesthoek incluem a linha H157alpha a 1683 MHz, a linha H141alpha a 2321 MHz e a linha H110alpha a 4874 MHz.


Masers de Estrelas Evoluídas

Durante a maior parte de suas vidas, as estrelas não produzem linhas detectáveis de emissão de rádio. No entanto, na sua velhice, tornam-se instáveis, incham e pulsam lentamente. A primeira vez que isso ocorre é como uma estrela supergigante irregularmente variável. Mais tarde elas evoluem para estrelas assintóticas gigantes que têm pulsações regulares. Estes são chamados de Miras (milagrosos), depois de Mira (omicron Ceti), a primeira estrela em que as grandes mudanças no brilho causado pelas pulsações foi identificado. Essas estrelas são muito ampliadas e relativamente frias. Eles são vermelho quente em vez de branco quente como o sol, e aparecem laranja ou vermelho para o olho.

generic spectrumEsses espectros mostram a maser emissão que pode ocorrer a moléculas de Hidroxilo nos ventos que sopram Mira- tipo estrelas.

Nos estágios finais de suas vidas, as estrelas expulsam suas camadas exteriores, que formam nebulosas planetárias . Estes são assim chamados porque a casca de gás quente em torno da estrela pode olhar como um planeta através de um telescópio ótico. Os restos da estrela central desmoronam para se tornar uma estrela anã branca. Pouco antes disso ocorrem as pulsações do tipo Mira e os perfis de hidroxil maser incomuns são vistos a partir da concha rapidamente em evolução de gás e poeira à medida que se destaca da estrela.