FIFI LS - Deutsches SOFIA Institut

FIFI LS
Far-Infrared
Field-Imaging
Line
Spectrometer
Mit FIFI LS (Far-Infrared Field-Imaging Line Spectrometer) kann die hohe Winkelauflösung und Empfindlichkeit von SOFIA
(Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy) genutzt werden um Schlüsselfragen der modernen Astronomie zu
beantworten. Als eines der modernsten Ferninfrarot-Spektrometer ermöglicht FIFI LS so genannte 3D-Spektroskopie (zwei
räumliche und eine spektrale Dimension) in zwei simultan arbeitenden Wellenlängenbändern (42-110 und 110-210 µm).
Ziele und Kapazitäten
FIFI LS stellt ein einzigartiges Werkzeug für die 3D Spektralabbildung astronomischer Linienemissionen im ferninfraroten (FIR)
Spektralbereich dar. In diesem Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der kaum vom interstellaren Staub beeinflusst
wird, befinden sich eine Vielzahl von wichtigen Emissionslinien. Beobachtungen im fernen Infraroten sind daher wichtig, um
viele aktuelle astrophysikalische Fragen zu beantworten. Die wissenschaftlichen Ziele von FIFI LS beinhalten unter anderem:
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Sternentstehung und das interstellare Medium in
wechselwirkenden Galaxien.
Die Beziehung zwischen aktiven galaktischen
Kernen und Starburst-Galaxien.
Die Morphologie von Heiz- und Kühlprozessen in
Galaxien.
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Lokale und extragalaktische Sternentstehung.
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Die Energiequellen von ultrahellen
Infrarotgalaxien (ULIRGs).
Das interstellare Medium im Umfeld geringere
Metallizität (z.B. in Zwerggalaxien).
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Die mit FIFI LS durchgeführten Beobachtungen werden eine essentielle Rolle für das Verständnis dieser Themengebiete
liefern. Das untenstehende Beispiel demonstriert das Potential von FIFI LS für die Beobachtung von wechselwirkenden
Galaxien.
Ein wissenschaftliches Beispiel: NGC 4038/4039 Die Antennae-Galaxie
Ein ISOCAM Bild der aus der Kollision zweier Galaxien entstandenen
“Antennae”-Galaxie (Vigroux et al.), überlagert mit einem Bild des Hubble
Space Telescope (Whitmore & Schweizer). Die beiden ursprünglichen
Galaxien liegen leicht zur vertikalen Bildachse gedreht. Die ISOCAMDaten zeigen, dass die Wechselwirkungsregion die aktivste Region in
diesem System ist (starke Emission zwischen den galaktischen Kernen).
Im optischen HST-Bild ist diese Region jedoch fast vollständig durch
dunkle Staubwolken verdunkelt.
Das Gesichtsfeld des langwelligen (rotes Quadrat) und des kurzwelligen
Kanals (blaues Quadrat) von FIFI LS überlagert zum HST-Bild. FIFI LS wird
die nötige Auflösung haben um die im optischen Wellenlängenbereich
verdunkelte Region zwischen den galaktischen Kernen im fernen Infrarot zu
erforschen. FIR-Beobachtungen mit geringer räumlicher Auflösung (Nikola
et al.) legen nahe, dass sich das Maximum der Sternentstehung in dieser
Region befindet.
SOFIA ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung
des DLR mit Mitteln des Bundes (BMWi), des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen
SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer Seite von der Universities Space Research Association (USRA).
FIFI LS Spezifikation
FIFI LS ist ein abbildendes Ferninfrarot-Spektrometer mit simultaner Beobachtung in einem kurzwelligen (42-110 µm) und
einem langwelligen (110-210 µm) Kanal. Die Systemeigenschaften der beiden Kanäle sind im Folgenden aufgelistet:
Wellenlänge
Detektormaterial (Photoleiter)
Räumliche Pixel
Spektrale Pixel
Pixelgröße
Gesichtsfeld
Spektrale Auflösung
Instantane spektrale Abdeckung
Liniensensitivität (4σ in 15min)
50 µm
100 µm
150 µm
200 µm
Schnitt durch den FIFI LS Kryostaten. Das SOFIA Teleskop befindet sich
rechts außerhalb des Bildes. Das Licht vom Teleskop tritt von rechts
durch die Röhre ein und wird von einem dichroitischen Strahlteiler nach
oben in den Kryostaten reflektiert. Im Kryostaten selbst werden die
optischen Komponenten (siehe nebenstehende Abbildung) auf 77 Kelvin
bzw. 4 Kelvin abgekühlt. Die beiden Detektoren werden noch weiter auf
~2 Kelvin gekühlt.
42-110 µm
Ge:Ga
5x5
16
6˝
30˝x30˝
150-300 km/s
1500-3000 km/s
110-210 µm
(gedrückt) Ge:Ga
5x5
16
12˝
60˝x60˝
150-300 km/s
1500-3000 km/s
6.5x10-17 W/m2
3.5x10-17 W/m2
-------
------2.5x10-17 W/m2
3.0x10-17 W/m2
Der optische Aufbau von FIFI LS. Die obere bzw. untere Hälfte zeigt den
Strahlengang durch den kurzen bzw. langen Wellenlängenkanal. Zu
erkennen sind die beiden Beugungsgitter (Bildmitte oben und unten) sowie
die Detektoren (links von der Bildmitte). Das SOFIA Teleskop befindet sich
wieder rechts außerhalb des Bildes.
Das FIFI LS Team
Principal Investigator
Albrecht Poglitsch
MPE
Postfach 1312
85741 Garching, Germany
+49-89-30000-3293
FAX +49-89-30000-3272
[email protected]
Co-Investigators
Norbert Geis (MPE)
Reinhard Genzel (MPE)
Randolf Klein (MPE)
Dieter Lutz (MPE)
Linda Tacconi (MPE)
Thomas Henning (MPIA)
Leslie Looney (UIUC)
Collaborators
Fabio Fumi (MPE)
Rainer Hönle (MPE)
Walfried Raab (MPE)
Mario Schweitzer (MPE)
Jeff Beeman (LBL)
Eugene Haller (LBL)
Mourad Hamidouche (UIUC)
Weitere Informationen finden Sie unter: http://fifils.mpe-garching.mpg.de/