Istituto di Radioastronomia - CNR Osservatorio Astronomico - INAF MASER H2O (e non) Andrea Tarchi Istituto di Radioastronomia - CNR Osservatorio Astronomico - INAF Cagliari

Maser Microwave Amplification by the Stimulated Emission of Radiation Laser Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation Maser Microwave Amplification by the Stimulated Emission of Radiation E2 E1 Equilibrio termodinamico (LTE): n1 > n2 (Boltzmann) Mezzo interstellare (non-LTE, normally) n1 >> n2 E2 E1 MASER (non-LTE, normally): n1 < n2

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

Diagramma schematico dei livelli energetici di un maser Maser: un po' di teoria n1, n2 = 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

Maser: un po' di teoria In uno stato stazionario la derivata temporale di n1 e n2 (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:

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

Maser: un po' di teoria Convertendo l'intensita' I in temperatura di Brillanza TB di un corpo nero equivalente in approssimazione di Rayleigh-Jeans Tx = temperatura di eccitazione

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

Maser: un po' di teoria Molecola: H2O Trans: 616 523 n = 22.23508 GHz l = 1.35 cm Livelli rotazionali dell'orto H2O

Maser H2O Galattici: perche' e dove? Studi VLBI  104 < Tb < 1012 K Larghezze di riga  Tk ~ 100 K Maser dell'acqua Galattici Non in equilibrio termodinamico Non emissione spontanea a) Regioni di formazione stellare (YSOs) (outflows, dischi (proto)stellari) b) Stelle late-type (giganti rosse e stelle di AGB, venti stellari)

Maser H2O extragalattici Kilomasers Liso< 10 Lsol Off-nucleari Nucleari Marcano regioni di intensa SF Studi di moti propri Distanze Fenomeni di flaring Spostamenti in velocita' (es. M33, IC342, IC10, NGC2146) Comprendere la fisica delle regioni piu' interne degli AGN deboli (solo M51; forse NGC253) Henkel, Tarchi, Menten, & Peck, A&A, 2003 C'e' una famiglia di Megamasers deboli? Ho et al. (1987)

IC342 (Tarchi et al. 2002, A&A, 385, 1049) Prima detezione certa di un maser dell'acqua in IC342 Posizione del maser: 10-15 arcsec a Ovest del nucleo Luminosita' isotropica: 10-2 Lsol Variabilita' temporale  Dim. < 1016 cm; Tb > 109 Shift in vel. + diminuzione in flusso  allineamento di 2 nubi

Maser H2O extragalattici NGC2146 D ~ 14.5 Mpc Starburst

NGC2146 (Tarchi et al. 2002, A&A, 389L, 39) Prima detezione di un maser in NGC2146 Luminosita' isotropica single-dish: 8 Lsol 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

Maser H2O extragalattici Greenhill et al. (1995) NGC4258 Maser H2O extragalattici Claussen et al. (1998) Megamasers Liso> 10 Lsol Dischi di accrescimento Getti

Maser H2O extragalattici Megamasers Liso> 10 Lsol Dischi di accrescimento Getti

Maser H2O extragalattici Miyoshi et al. 1995 Copertina di Nature Vol. 373, p. 127

Maser H2O extragalattici

Maser H2O extragalattici 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 · 107 Msol per il BH centrale

Tassi di detezione dei maser H2O extragalattici Dopo 25 anni solo ~ 40 maser dell'acqua sono stati pubblicati oltre le Nubi di Magellano 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) FIR-maser sample (S100μ > 50 Jy) ~ 22% (10/45) Jet-maser sample ~ 29% (4/14)

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)