Vicino, medio e lontano infrarosso

2021-09-16

L'infrarosso è solitamente diviso in 3 regioni spettrali: vicino, medio e lontano infrarosso. I confini tra le regioni vicino, medio e lontano infrarosso non sono concordati e possono variare. Il fattore principale che determina quale  Lunghezze d'onda  Sono inclusi in ciascuna di queste tre regioni a infrarossi è il tipo di tecnologia di rivelatore utilizzato per la raccolta  Luce infrarossa.

Le osservazioni nel vicino infrarosso sono state effettuate da osservatori terrestri sin dagli anni '60. Sono eseguiti più o meno allo stesso modo delle osservazioni della luce visibile per lunghezze d'onda inferiori a 1 micron, ma richiedono speciali rilevatori a infrarossi oltre 1 micron. Le osservazioni a medio e lontano infrarosso possono essere effettuate solo da osservatori che possono superare la nostra atmosfera. Queste osservazioni richiedono l'uso di speciali rivelatori raffreddati contenenti cristalli come il germanio la cui resistenza elettrica è molto sensibile al calore.

La radiazione infrarossa viene emessa da qualsiasi oggetto che ha una temperatura (cioè irradia calore). Quindi, fondamentalmente tutti gli oggetti celesti emettono alcuni infrarossi. La lunghezza d'onda alla quale un oggetto si irradia più intensamente dipende dalla sua temperatura. In generale, quando la temperatura di un oggetto si raffredda, si manifesta in modo più evidente alle lunghezze d'onda dell'infrarosso più lontane. Ciò significa che alcune lunghezze d'onda dell'infrarosso sono più adatte per lo studio di determinati oggetti rispetto ad altri.

Il resto di questo articolo discute principalmente la tecnologia di osservazione degli oggetti celesti utilizzando i principi del rilevamento dell'infrarosso vicino, medio e lontano. Ciò illustra la natura a distanza della radiazione infrarossa, anche se in quantità molto piccole, e l'importanza di vasta portata della comprensione dell'infrarosso.

Visible (courtesy of Howard McCallon), near-infrared (2MASS), and mid-infrared (ISO) view of the Horsehead Nebula. Image assembled by Robert Hurt.

Visibile (per gentile concessione di Howard McCallon), vicino infrarosso (2MASS) e medio infrarosso (ISO) vista della Nebulosa Testa di Cavallo. Immagine assemblata da Robert Hurt.

Mentre ci spostiamo dal vicino infrarosso alle regioni dello spettro medio e lontano infrarosso, alcuni oggetti celesti appariranno mentre altri scompariranno dalla vista. Ad esempio, nell'immagine sopra puoi vedere come appaiono più stelle (generalmente stelle più fredde) mentre andiamo dall'immagine a luce visibile all'immagine nel vicino infrarosso. Nel vicino infrarosso, anche la polvere diventa trasparente, permettendoci di vedere le regioni nascoste dalla polvere nell'immagine visibile. Mentre andiamo all'immagine nel medio infrarosso, la polvere più fredda stessa si illumina. La tabella seguente evidenzia ciò che vediamo nelle diverse regioni spettrali dell'infrarosso.

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NEAR INFRARED:

Tra circa 0,7 e 1,1 micron possiamo usare gli stessi metodi di osservazione utilizzati per le osservazioni alla luce visibile, ad eccezione dell'osservazione ad occhio. La luce infrarossa che osserviamo in questa regione non è termica (non a causa della radiazione di calore). Molti non considerano nemmeno questa gamma come parte dell'astronomia a infrarossi. Oltre circa 1,1 micron, l'emissione infrarossa è principalmente calore o radiazione termica.

Mentre ci allontaniamo dalla luce visibile verso lunghezze d'onda maggiori della luce, entriamo nella regione dell'infrarosso. Quando entriamo nella regione del vicino infrarosso, le stelle blu calde viste chiaramente nella luce visibile svaniscono e le stelle più fredde entrano in vista. Grandi stelle giganti rosse e nane rosse di piccola massa dominano nel vicino infrarosso. Il vicino infrarosso è anche la regione in cui la polvere interstellare è la più trasparente alla luce infrarossa.

Visible (left) and Near-Infrared View of the Galactic Center .

Visibile (a sinistra) e vista vicino all'infrarosso del Centro Galattico.

Visible image courtesy of Howard McCallon. The infrared image is from the 2 Micron All Sky Survey (2MASS)

Immagine visibile per gentile concessione di Howard McCallon. L'immagine a infrarossi proviene dal 2 Micron All Sky Survey (2MASS)

Notare nelle immagini sopra come il centro della nostra galassia, che è nascosta da una spessa polvere nella luce visibile (a sinistra), diventa trasparente nel vicino infrarosso (a destra). Molte delle stelle più calde nell'immagine visibile sono sbiadite nell'immagine del vicino infrarosso. L'immagine nel vicino infrarosso mostra stelle rossastre più fredde che non appaiono nella vista della luce visibile. Queste stelle sono principalmente nane rosse e giganti rosse.

Le giganti rosse sono grandi stelle rossastre o arancioni che stanno esaurendo il loro combustibile nucleare. Possono gonfiarsi fino a 100 volte la loro dimensione originale e hanno temperature che vanno da 2000 a 3500 K. Le giganti rosse si irradiano più intensamente nella regione del vicino infrarosso.

Le nane rosse sono le più comuni di tutte le stelle. Sono molto più piccole del nostro Sole e sono le stelle più fresche con una temperatura di circa 3000 K, il che significa che queste stelle si irradiano più fortemente nel vicino infrarosso. Molte di queste stelle sono troppo deboli nella luce visibile anche per essere rilevate dai telescopi ottici e sono state scoperte per la prima volta nel vicino infrarosso.

MID INFRARED:

Quando entriamo nella regione del medio infrarosso dello spettro, le stelle fredde iniziano a svanire e vengono in vista oggetti più freddi come pianeti, comete e asteroidi. I pianeti assorbono la luce dal sole e si riscaldano. Quindi irradiano nuovamente questo calore come luce infrarossa. Questo è diverso dalla luce visibile che vediamo dai pianeti che è la luce solare riflessa. I pianeti nel nostro sistema solare hanno temperature che vanno da circa 53 a 573 gradi Kelvin. Gli oggetti in questo intervallo di temperatura emettono la maggior parte della loro luce nel medio infrarosso. Ad esempio, la Terra stessa si irradia più fortemente a circa 10 micron. Gli asteroidi emettono anche la maggior parte della loro luce nel medio infrarosso, rendendo questa banda di lunghezze d'onda la più efficiente per localizzare gli asteroidi scuri. I dati a infrarossi possono aiutare a determinare la composizione della superficie e il diametro degli asteroidi.

La polvere riscaldata dalla luce delle stelle è anche molto prominente nel medio infrarosso. Un esempio è la polvere zodiacale che si trova nel piano del nostro sistema solare. Questa polvere è composta da silicati (come le rocce sulla Terra) e ha dimensioni comprese tra un decimo di micron fino alle dimensioni di grandi rocce. I silicati emettono la maggior parte delle loro radiazioni a circa 10 micron. La mappatura della distribuzione di questa polvere può fornire indizi sulla formazione del nostro sistema solare. La polvere delle comete ha anche una forte emissione nel medio infrarosso.

IRAS mid-infrared view of Comet IRAS-Araki-Alcock

IRAS vista nel medio infrarosso della cometa IRAS-Araki-Alcock

Anche la polvere calda interstellare inizia a brillare quando entriamo nella regione del medio infrarosso. La polvere attorno alle stelle che hanno espulso materiale brilla più intensamente nel medio infrarosso. A volte questa polvere è così spessa che la stella difficilmente traspare e può essere rilevata solo nell'infrarosso. Anche i dischi protoplanetari, i dischi di materiale che circondano le stelle di nuova formazione, brilla intensamente nel medio infrarosso. Questi dischi sono dove potrebbero formarsi nuovi pianeti.

FAR INFRARED:

Nel lontano infrarosso, le stelle sono tutte svanite. Invece ora vediamo materia molto fredda (140 Kelvin o meno). Enormi nuvole fredde di gas e polvere nella nostra galassia, così come nelle galassie vicine, brillano nella luce del lontano infrarosso. In alcune di queste nuvole, nuove stelle stanno appena iniziando a formarsi. Le osservazioni nell'infrarosso lontano possono rilevare queste protostelle molto prima che si “accendano” visibilmente percependo il calore che irradiano quando si contraggono ”.

IRAS view of infrared cirrus - dust heated by starlight

IRAS  Vista  Di  Infrarossi  Cirro  –  Polvere  Riscaldato  Di  Luce stellare

  Il centro della nostra galassia brilla anche nel lontano infrarosso a causa della spessa concentrazione di stelle incorporate in dense nuvole di polvere. Queste stelle riscaldano la polvere e la fanno brillare negli infrarossi. L'immagine (a sinistra) della nostra galassia scattata dal satellite COBE, è un composto di lunghezze d'onda del lontano infrarosso di 60, 100 e 240 micron.

Fatta eccezione per il piano della nostra galassia, l'oggetto più luminoso del lontano infrarosso nel cielo è la regione centrale di una galassia chiamata M82. Il nucleo di M82 irradia tanta energia nel lontano infrarosso come tutte le stelle della nostra Galassia messe insieme. Questa energia del lontano infrarosso proviene dalla polvere riscaldata da una sorgente nascosta alla vista. Le regioni centrali della maggior parte delle galassie brillano molto brillantemente nel lontano infrarosso. Diverse galassie hanno nuclei attivi nascosti in regioni dense di polvere. Altri, chiamati galassie starburst, hanno un numero estremamente elevato di stelle di nuova formazione che riscaldano nuvole di polvere interstellare. Queste galassie eclissano di gran lunga tutte le altre galassie nel lontano infrarosso.

Michael Hauser (Space Telescope Science Institute), the COBE/DIRBE Science Team, and NASA

Michael Hauser (Space Telescope Science Institute), il team scientifico COBE/DIRBE e la NASA

IRAS infrared view of the Andromeda Galaxy (M31) - notice the bright central region.

IRAS vista a infrarossi della Galassia di Andromeda (M31) -notare la brillante regione centrale.

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