Academische Achtergronden Astronomie

Transcriptie

1 Academische Achtergronden Astronomie Paul van der Werf Leiden Observatory Onderzoek op de Sterrewacht 5 september 2011

2 Gebieden in de Sterrenkunde Techniek-georiënteerd vs. Afstand-georiënteerd vs. Onderwerp-georiënteerd Onderzoek aan de Sterrewacht 2

3 Techniek-georiënteerd: bv.: Optische sterrenkunde Radiosterrenkunde Infraroodsterrenkunde Röntgensterrenkunde Gravitatiegolven Deeltjes-astrofysica Ruimte-exploratie maar ook bv.: Observationele sterrenkunde Theoretische sterrenkunde Technische sterrenkunde Onderzoek aan de Sterrewacht 3

4 Afstand-georiënteerd bv.: Zonnestelsel Sterren Interstellair medium Sterrenstelsels Kosmologie NB: overlap, sub-indelingen. Onderzoek aan de Sterrewacht 4

5 Sterrenkunde in Nederland 4 (5) universiteiten: Leiden, Groningen, Amsterdam, Nijmegen (+Utrecht tot 2015) 2 onderzoeksinstituten: SRON (ruimteonderzoek: infrarood en Röntgen) en ASTRON (radio) Telescoopfaciliteiten: ESO, ALMA (Chili) JCMT (Hawaii) WHT + INT (La Palma) Radiotelescopen: WSRT, LOFAR Ruimtetelescopen via ESA (Herschel, etc.; ook Hubble) Onderzoek aan de Sterrewacht 5

6 Sterrenkunde in Nederland (2) Leiden: sterrenstelsels, kosmologie, vorming van sterren en planeten, interstellair medium, exoplaneten, instrumentatie Groningen: sterrenstelsels, kosmologie, stervorming Amsterdam: sterren (extreme verschijnselen zoals neutronensterren, gammaflitsen), vorming van planeten Nijmegen: sterren (met name witte dwergen), astro-deeltjesfysica Utrecht: sterren (van de zon tot neutronensterren), instrumentatie Onderzoek aan de Sterrewacht 6

7 Sterrenkunde in Leiden 19 vaste staf (+3 nul-aanstellingen), ongeveer 30 postdocs, 60 promovendi; jaarlijks wisselende Oort-hoogleraar Ruimschoots grootste in NL Veel gebieden (maar niet alle) Wereldwijd in top 5 van sterrenkundige onderzoeksinstituten Onderzoek aan de Sterrewacht 7

8 Onderwerpen op de Sterrewacht: Sterrenstelsels Melkweg (dynamica, sterpopulaties) Brown, Portegies Zwart Nabije sterrenstelsels (ISM, stervorming, sterpopulaties) Israel, Van der Werf, Brandl, Brinchmann Donkere materie, gravitatielenzen Kuijken, Hoekstra Verre sterrenstelsels, evolutie Franx, Bouwens, Van der Werf, Schaye, Röttgering Actieve sterrenstelsels Jaffe, Röttgering, Van der Werf Clusters Jaffe, Röttgering Onderzoek aan de Sterrewacht 8

9 Onderwerpen op de Sterrewacht: Interstellaire materie Vorming van sterren en planeten Van Dishoeck, Hogerheijde Moleculaire wolken, stof Tielens, Van Dishoeck, Van der Werf Laboratorium astrofysica Linnartz Hydrodynamica Icke Onderzoek aan de Sterrewacht 9

10 Onderwerpen op de Sterrewacht: Exoplaneten Exoplaneten Snellen, Kenworthy Onderzoek aan de Sterrewacht 10

11 Onderwerpen op de Sterrewacht: Theorie Vorming van sterrenstelsels Schaye Numerieke dynamica Portegies Zwart Stralingstransport, hydrodynamica Icke, Schaye Zwarte gaten en hun omgeving Rossi Onderzoek aan de Sterrewacht 11

12 Onderwerpen op de Sterrewacht: Instrumentatie Infrarood instrumenten Brandl, Kenworthy Adaptieve optiek Stuik Astrometrie (GAIA) Brown Onderzoek aan de Sterrewacht 12

13 De Melkweg Vraag: Waar zijn de broertjes en zusjes van de zon? Methode: zeer nauwkeurige huidige posities en 3D snelheden (GAIA satelliet) Brown (GAIA), Portegies Zwart (dynamica) Onderzoek aan de Sterrewacht 13

14 Starburst Galaxies (Brandl, Van der Werf) Star formation in the Milky Way ~ 1 M o / year Star formation in a starburst galaxy ~ M o / year WHY? The parameters that regulate the star formation rate The physical conditions that determine the star formation efficiency The structure and formation of super star clusters The triggering, evolution and duration of starbursts Paul van der Werf Leiden Observatory Example project: the starburst nucleus of NGC Detect the massive star clusters close to the nucleus 2. Determine their ages and masses 3. Discover their origin (gas inflow through galactic bars or local conditions?

15 HerCULES (Van der Werf) Herschel Comprehensive (U)LIRG Emission Survey Open Time Key Program on the Herschel satellite Onderzoek aan de Sterrewacht 15

16 Mrk231 SPIRE FTS (Van der Werf et al., 2010) Onderzoek aan de Sterrewacht 16

17 CO excitation 2 PDRs + XDR 6.4:1:4.0 n=10 4.2, F X =28 * n=10 3.5, G 0 = n=10 5.0, G 0 = Onderzoek aan de Sterrewacht * 28 erg cm -2 s -1 G 0 =

18 Evolution of stars and gas (Brinchmann) Wilkins, Trentham & Hopkins (2008) Marchesini et al (2009) We can follow the stars fairly well, but it is much harder for the gas!

19 Radio astronomy, LOFAR (Röttgering, Garrett) 20 8 international stations funded, baselines up to ~1300 km

20 21 21

21 Low Band Antenna LBA) : MHz Feb 20, 2011

22 Weak gravitational lensing (Kuijken, Hoekstra) `Lens pushes sources away `Radial squeezing Tomography: lensing effect as fn. of source redshift

23 Water in star-forming regions (Van Dishoeck, Hogerheijde) E.F. van Dishoeck 4, 8, 24 mm N Serpens cluster of protostars Spitzer data 1 - A 428 hr Herschel KP to probe the physical and chemical structure and evolution of young stellar objects, from low- to high-mass - Follow the water trail from pre-stellar cores to protoplanetary disks using PACS and HIFI; source lists from Spitzer

24 Water in low-mass protostars: NGC 1333 Spectrally resolved line profiles with HIFI L~20 L Sun D~750 lyr p-h 2 O ground-state Line: 1 THz outflow Kristensen, et al. 2010, 2011 Absorption in outer envelope Several student projects on HIFI + complementary JCMT data

25 Origin of water on Earth (Hogerheijde) In the early Solar System water vapor in the inner Solar System (T>100 K) condensed as ice on dust grains outside the snow line at ~3 AU (Hayashi et al. 1981; Abe et al. 2000) Comets and asteroids may have delivered large amounts of water from beyond the snow line to the early Earth (Matsui & Abe 1986; Morbidelli et al. 2000; Raymond et al. 2004) How large is the ice reservoir? 1 Earth Ocean = g of water

26 Herschel/HIFI: Cold water vapor in the disk of TW Hya (d~55 pc) Total observing time: 17 hrs (!) Hogerheijde, Bergin, et al. (to appear in Science)

27 How much water? Fiducial disk structure model: Thi et al. (2010) Mdust = M Mgas = M Temperature from stellar irradiation (RADMC; Dullemond & Dominik 2004) UV radiative transfer into disk and resulting chemistry (Fogel et al. 2010) Water excitation and line formation (LIME; Brinch & Hogerheijde 2010) Reproduces the emission is most icy grains have rained down to midplane. Model contains ~6000 Earth Oceans of ice.

28 LABORATORIUM ASTROFYSICA HET HEELAL NABOOTSEN IN HET LABORATORIUM Paul van der Werf Leiden Observatory LINNARTZ

29 LABORATORIUM ASTROFYSICA HET HEELAL NABOOTSEN IN HET LABORATORIUM INTERSTELLAIRE WOLKEN NABOOTSEN CIRCUMSTELLA IR IJS METEN Paul van der Werf Leiden Observatory BEGRIJPEN HOE COMPLEXE MOLECULEN IN OP ZOEK NAAR DE RUIMTE MOLECULAIRE ONTSTAAN VINGERAFDRUKKEN

30 Planet atmosphere observations (Snellen)

31 The life cycle of supermassive black holes in galactic nuclei (Rossi) z~0 z=0-10 z=10+ Paul van der Werf Leiden Observatory??? Dynamics Role of black holes in quiescent galactic nuclei Growth Mergers vs accretion: physics of binaries and accretion flows Formation How and when?

32 Instrumentation (Brandl) Design, building and testing of state-of-the-art infrared instrumentation. Example project: the mid-infrared instrument for the E-ELT, METIS Develop a unique science case for an instrument on the biggest (40m) ground-based O/IR telescope ever Define the instrument baseline (capabilities, observing modes) Come up with an initial design Paul van der Werf Solve countless technical Leiden problems, Observatory run performance estimates, etc. Find the right team of astronomers, technicians, students to do it!