Основные параметры обсерватории «Миллиметрон

МИЛЛИММЕТРОН
Криогенный
телескоп - интерферометр.
Основные параметры.
2013
2019
20 K
50 K
4.5 K
4.5 K
Космическая обсерватория Миллиметрон
будет работать в двух режимах.
Режим одиночного телескопа с очень
высокой чувствительностью и угловым разрешением
несколько секунд для исследований астрономических
объектов (непрерывный спектр, спектральные
линии,поляризация, Фарадеевское вращение,
переменность) в полосе 0.02 – 1.4 мм.
Режим интерферометра Земля-Космос для исследований
предельно компактных астрономических источников с
очень высокой яркостной температурой (размеры,
структура, подяризация и Фарадеевское вращение,
динамика, собственное движение, параллаксов)
в полосе 0.3-17 мм.
http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=48237
Чувствительность (СКВ) телескопа Миллиметрон по потоку источника
с непрерывным спектром, определяемая фоновым космическим
излучением на высоких галактических широтах (счетчик фотонов):
σν = (εν2+ενhν)0.5(Δν·Δt)-0.5S-1 ≈ (ενhν)0.5(Δν·Δt)-0.5S-1.
εν = Iνλ2 = 2hν[exp(hν/kT0)-1]-1 ≈ 3.07·10-29 Дж
для T = 2.73 K и ν = 1012 Гц.
Для Δν ~ ν, Δt = 4 с и S = 50 м2
σν = 1.43·10-7 Ян и
σν = 1.43·10-9 Ян при Δt = 4·104 с.
Если чувствительность определяется шумом болометра δ, то
σν = δ(Δν)-1(Δt)-0.5S-1.
Для δ = 10-19 Вт·Гц-0.5, Δν ~ ν, Δt = 4 с и S = 50 м2
σν = 10-7 Ян.
Разрабатываются болометры с δ = 10-21 Вт·Гц-0.5, тогда
σν = 10-9 Ян при Δt = 4 с.
Сравнение по чувствительности с системой ALMA:
σALMA/σMM =
= [SMM/(ηSALMA)]2kTALMA(ενhν)-0.5(ΔνMM/ ΔνALMA)0.5
≈ 3000 в пользу телескопа Миллиметрон.
Принято SMM/SALMA = 1/64, пропускание атмосферы η = 50 %,
TALMA = 150 K, ΔνMM/ΔνALMA = 10.
Требования к приборам для режима
одиночного телескопа
Телескоп:
Диаметр главного зеркала 10 м, СКВ точность поверхности 10 m,
диффракционный лепесток 5’’ и поле зрения 100” для волны 0.2 мм
(400” для 0.3 мм, 900” для 0.4 мм, 1250” для 0.5 мм, 1450” для 0.6 мм).
Болометрические решетки:
диапазон
0.08-1.4 мм
Спектрополяриметр низкого разрешения:
диапазон
0.02-0.8 мм
спектральное разрешение
R=3
Спектрометры среднего разрешения:
диапазон
0.03-0.1 мм, and 0.1-0.8 мм
спектральное разрешение
R = 1000
Спектрометр высокого разрешения:
диапазон
0.05 – 0.3 мм
спектральное разрешение
R = 106
Болометрическая чувствительность (для минимального фона):
(для 1 ТГц, NEP = 10-19 Вт(с)0.5,
A = 50 м2, R=3 и 1 час накопления)
=25∙10-9 Ян (1 s)
Орбита обсерватории Миллиметрон
☼
.................................................................................... L2
Т (дни) B(т. км)
λ=2 см
1 мм
300 мкм
365(L2) 1.5 000 λ/а = 2.8 мксек 0.14 мксек 41 нсек
Период колебаний по нормали к плоскости
эклиптики около половины года. Эклиптическая
широта обсерватории изменяется между +/- 23 гр.
Миллиметрон. 2019г. Период
обращения около Земли и Солнца
1 год. Среднее расстояние от
Земли 1,5 млн км.
Миллиметрон – интерферометр
Земля-Космос.
Millimetron
ALMA,
Чили
Плато Суффа,
Узбекистан
Параметры
ALMA - Миллиметрон интерферометра
ALMA Band
Number
R
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Frequency Range
(GHz)
18 - 26
31.3 - 45.0
67 - 90
84 - 116
125 - 163
163 - 211
211 - 275
275 - 373
385 - 500
602 - 720
787 - 950
FMAX / FMIN
1.44
1.44
1.34
1.38
1.30
1.29
1.30
1.36
1.30
1.20
1.21
Wavelength
(mm)
11.5 - 16.7
6.7 - 9.6
3.3 - 4.5
2.6 - 3.6
1.8 - 2.4
1.4 - 1.8
1.1 - 1.4
0.8 - 1.1
0.6 - 0.8
0.4 - 0.5
0.3 - 0.4
MM Instantaneous
Bandwidth (GHz)
2x8
2x8
2x8
2x8
2x8
2x8
Режим интерферометра Земля-Космос
Диапазоны:
18-26, 31-45, 84-116, 211-275, 602-720 и 787-950 ГГц.
СКВ чувствительность интерферометра:
4 мЯн (для 950 ГГц, MM TN = 200 K) и
0.5 мЯн (для 275 ГГц, MM TN =50 K).
Полоса 1 ГГц, 300 с накопление и
Наземный сегмент - АLMA).
Максимальная проекция базы:
Bγ = 7.8·104 – 2.5·106 км,
при Bγ=[-2kTmax·lnγ / (πFν )]0.5 , 20 СКВ чувствительности,
Fν = (10-100) мЯн, видности γ = 0.5 и Tmax = 1012-14 K.
Телескоп горизонта событий
10-meter telescope dish in the
White Mountains of eastern
California, the 15-meter James
Clerk Maxwell Telescope on Mauna
Kea in Hawaii and 10-meter
instrument on Arizona’s Mount
Graham.
M87
Расстояние 17.9 Мпс,
масса чёрной дыры
6.6x109 Mo
(2011arXiv1101.1954G,
Gebhardt, Karl,…).
Шварцшильдовский
диаметр 2RS = 4GM/c^2 =
14.6 мкс.
Диаметр силуэта без
вращения (a=0)
(108)^0.5xGM/c^2 = 37.9
мкс.
Диаметр силуэта с
предельным вращением
(a=1) 9GM/c^2 = 32.8 мкс,
смещение (5)^0.5xGM/c^2
= 8.2 мкс.
M0
Source
2Rg
(mas)
Silhouette
, а=0,
(mas)
Silhouette &
shift, а=1,
(mas)
z
Ang. size
distance,
(Mpc).
Mbh,
(bil. Sol.
mass).
Observed
parameters
Sgr A*
20.8
53.9
46.8/11.6
-
0.0082
0.0043
37x88 mas
M87
14.6
37.9
32.8/8.2
0.0044
17.9
6.6
35 mas
NGC4889
9.2
23.9
20.1/5.2
0.0217
90.3
21
2012 ApJ,756,179
IC1459
4.1
10.6
9.2/2.3
0.0060
27.0
2.8
6 cm 80 mJy
M104
2.5
6.5
5.9/1.4
0.0034
15.7
1.0
6 cm 70 mJy
M84
2.5
6.5
5.6/1.4
0.0035
17.4
1.1
6 cm 120 mJy
M89
1.8
4.0
3.4/0.86
0.0011
15.6
0.6
6 cm 100 mJy
NGC3998
1.6
3.4
3.0/0.75
0.0035
17.9
0.6
6 cm 80 mJy
0014+813
1.1
2.8
2.4/0.60
3.366
1516
41?
2009 MN, 399, 24
Cen A
0.59
1.6
1.4/0.33
0.0018
3.7
0.055
170 mJy VSOP
3C273
0.48
1.3
1.1/0.27
0.158
546
6.6
WH?
1017+6116
0.37
0.96
0.83/0.21
2.805
1601
15
6 cm 300 mJy
0716+714
0.045
0.12
0.10/0.025
0.300
888
1?
Tb 10^19 K
1508+572
0.029
0.075
0.065/0.016
4.309
1379
1?
6 cm 292 mJy
1251-407
0.029
0.076
0.066/0.016
4.460
1358
1?
6 cm 220 mJy
0642+449
0.026
0.068
0.059/0.015
3.396
1512
1?
VSOP
0420-014
0.025
0.065
0.056/0.014
0.915
1575
1?
max Tb VLBA
0235+1641
0.025
0.065
0.056/0.014
0.940
1588
1?
max Tb VSOP
Ключевые эксперименты обсерваторий
Радиоастрон и Миллиметрон
1. Физика у горизонта чёрной дыры.
2. Ускорители космических лучей.
3. Зависимость угловых размеров СМЧД от красного смещения,
космологические параметры, тёмная материя и тёмная энергия,
эволюция ядер галактик.
4. Физика взрывов ядер галактик, «сверхсветовое» движение и
расширение, собственное движение внегалактических объектов,
мегамазеры.
5. Гравитационные линзы и тёмная материя.
6. Физика гамма взрывов и взрывов сверхновых по эволюции
спектра, поляризации и структуры области послесвечения.
7. Физика нейтронных звёзд и пульсары с плоским спектром.
8. Самые холодные объекты в Солнечной системе, в нашей и других
галактиках.
9. Реионизация,первые звёзды и галактики.
10. Первые объекты после рекомбинации и «тёмного» периода,
первичные чёрные дыры, кротовые норы и многоэлементная
Вселенная (Multiverse).
11. Эволюция звёзд и планетных систем, проявления жизни и разума.
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
КОСМИЧЕСКИХ
ИНТЕРФЕРОМЕТРОВ