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MASER H 2 O (e non) Andrea Tarchi Istituto di Radioastronomia - CNR Osservatorio Astronomico - INAF Cagliari.

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Presentazione sul tema: "MASER H 2 O (e non) Andrea Tarchi Istituto di Radioastronomia - CNR Osservatorio Astronomico - INAF Cagliari."— Transcript della presentazione:

1 MASER H 2 O (e non) Andrea Tarchi Istituto di Radioastronomia - CNR Osservatorio Astronomico - INAF Cagliari

2 Laser Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation Maser Microwave Amplification by the Stimulated Emission of Radiation E2E2 E1E1 Equilibrio termodinamico (LTE): n 1 > n 2 (Boltzmann) Mezzo interstellare (non-LTE, normally) n 1 >> n 2 E2E2 E1E1 MASER (non-LTE, normally): n 1 < n 2

3 Modello semplice di Maser per una nube molecolare Maser: un po' di teoria A e B sono i coefficienti di Einstein

4 Maser: un po' di teoria n 1, n 2 = densita' di popolazione dei livelli Maser I = intensita' della radiazione A,B = coefficienti di Einstein C = coefficienti collisionali R = tassi di pompaggio nei livelli maser Γ = tassi di decadimento fuori dai livelli maser Ω = angolo solido della radiazione Diagramma schematico dei livelli energetici di un maser

5 Maser: un po' di teoria In uno stato stazionario la derivata temporale di n 1 e n 2 (tasso di variazione di densita' nei livelli maser) e' = 0 Tali derivate dipendono da: A, B, C, Ω, R e Γ Uguagliando le due derivate e assumendo trascurabili A e C, si dimostra (noi no!) che:

6 Soluzioni dell'equazione del trasporto radiativo per: Maser non-saturo Maser saturo dove Maser: un po' di teoria

7 Convertendo l'intensita' I in temperatura di Brillanza T B di un corpo nero equivalente in approssimazione di Rayleigh-Jeans T x = temperatura di eccitazione

8 Temperatura di eccitazione della transizione: Maser: un po' di teoria Maser debolmente pompati Maser saturi Maser fortemente pompati Maser saturi

9 Molecola: H 2 O Trans: = GHz = 1.35 cm Livelli rotazionali dell'orto H 2 O Maser: un po' di teoria

10 Maser H 2 O Galattici: perche' e dove? Studi VLBI 10 4 < T b < K Larghezze di riga T k ~ 100 K Maser dell'acqua Galattici Non in equilibrio termodinamico a) Regioni di formazione stellare (YSOs) (outflows, dischi (proto)stellari) b) Stelle late-type (giganti rosse e stelle di AGB, venti stellari) Non emissione spontanea

11 Maser H 2 O extragalattici Kilomasers L iso < 10 L sol Off-nucleariNucleari Marcano regioni di intensa SF Studi di moti propri Distanze Fenomeni di flaring Spostamenti in velocita' (es. M33, IC342, IC10, NGC2146) C'e' una famiglia di Megamasers deboli? Ho et al. (1987) Henkel, Tarchi, Menten, & Peck, A&A, 2003 Comprendere la fisica delle regioni piu' interne degli AGN deboli (solo M51; forse NGC253)

12 IC342 (Tarchi et al. 2002, A&A, 385, 1049) Prima detezione certa di un maser dell'acqua in IC342 Posizione del maser: arcsec a Ovest del nucleo Luminosita' isotropica: L sol Variabilita' temporale Dim Shift in vel. + diminuzione in flusso allineamento di 2 nubi

13 Maser H 2 O extragalattici NGC2146 D ~ 14.5 Mpc Starburst

14 NGC2146 (Tarchi et al. 2002, A&A, 389L, 39) Prima detezione di un maser in NGC2146 Luminosita' isotropica single-dish: 8 L sol Il kilomaser piu' luminoso e distante (14.5 Mpc) mai osservato Risolto in due spots dal VLA in configurazione BnC Posizione: off-nucleare e probabilmente associato ad una regione HII compatta In favore di un'origine diversa fra kilo- e mega-masers

15 Maser H 2 O extragalattici Megamasers L iso > 10 L sol Dischi di accrescimentoGetti Claussen et al. (1998) Greenhill et al. (1995) NGC4258

16 Maser H 2 O extragalattici Megamasers L iso > 10 L sol Dischi di accrescimentoGetti

17 Maser H 2 O extragalattici Miyoshi et al Copertina di Nature Vol. 373, p. 127

18 Maser H 2 O extragalattici

19 maser dell'acqua in NGC4258 Da studi VLBI degli spots del maser dell'acqua in NGC4258, si e' evidenziata la presenza di un disco di accrescimento in rotazione kepleriana attorno al nucleo di NGC4258 con dimensioni dell'ordine del decimo di parsec orientato edge-on rispetto all'osservatore che implica una massa di ~ 3 · 10 7 M sol per il BH centrale

20 Tassi di detezione dei maser H 2 O extragalattici In FRIs = 0% (Henkel et al. 1998) In Sy and LINERs ~ 7% (Braatz et al. 1996) In FRIIs and BLLac ~ 0% (Tarchi et al. in prep) Dopo 25 anni solo ~ 40 maser dell'acqua sono stati pubblicati oltre le Nubi di Magellano FIR-maser sample (S 100μ > 50 Jy) ~ 22% (10/45) Jet-maser sample ~ 29% (4/14)

21 Some useful references Nature, 221, 626, Cheung A.C. et al. (1969) Celestial Masers, Cook A.H. (1977) Galactic and Extragalactic Radio Astronomy, Cap. 6, Reid & Moran (1988) Astronomical Masers, Elitzur M. (1992)


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