Koleksi dan Analisis Informasi Astrofisika AS3100 Lab. Astronomi Dasar I Prodi Astronomi 2007/2008 B. Dermawan

Karakteristik Utama Foton Sifat-sifat fotonStrategi observasi Energi, panjang gelombang, frekuensi - Liputan spektral - Transmisi melalui atmosfer bumi - Pemilihan detektor yang tepat Jumlah foton yang diterima (fluks) Ukuran luas penampang penerima (teleskop) Intensitas radiasi- Sensitivitas detektor - Fotometri Kebergantungan waktu (t  1/ ) Koheren temporal - Analisis spektral - Resolusi spektral Kebergantungan waktu (t >> 1/ ) - Resolusi waktu - Fotometri cepat (t  1 detik) Kebergantungan spasial (sudut)Pemetaan (mapping), pencitraan, resolusi spasial SpinPolarimetri

3 Sistem Observasi (1) Flux foton dikumpulkan pada permukaan A (aperture/bukaan) pada obyektif teleskop (primary mirror) Foton dikumpulkan dalam sudut ruang  (field of view (f.o.v)/medan pandang) Kehadiran ‘ parasit ’ sidelobes (sinyal yang datang selain sumber ) Lena et al. 1996

4 Sistem Observasi (2) Sistem optik: kombinasi cermin & lensa untuk mengkonsentrasikan energi yg diterima dan membentuk citra di bidang fokus (image plane/focal plane)  didekomposisikan ke elemen citra (pixel); masing- masing dengan elemen sudut ruang  Peranti seleksi citra yang mengisolasi suatu domain frekuensi  radiasi yang datang Pilihan spektral ditentukan oleh: karakteristik fisis sistem optik, atau detektor, atau penggunaan filter (penapis) Lena et al. 1996

5 Sistem Observasi (3) Polarisasi radiasi dapat ditentukan oleh penapis polarisasi (polarising filter/polarisator) untuk memilah polarisasi (linier atau sirkular) dari radiasi yang datang Informasi yang datang ditransformasikan oleh detektor atau penerima (receiver) menjadi kuantitas fisis yg dapat diukur & disimpan (mis: arus listrik, tegangan) Detektor dilengkapi dengan sistem pendukung berupa peranti elektronika yang membentuk sistem akuisisi data untuk menganalisis & merekam informasi/sinyal Lena et al. 1996

6 Sinar-  Sinar-XUVVisualIRmmRadio  1900 Liputan Spektral Pengamatan spektrum EM Malasan, priv. com.

Mengapa liputan spektral yang lebar penting?  multiwavelength observation M 81: Galaksi spiral UltravioletKasat mataInframerahRadio Emisi dari daerah panas Radiasi bintang anggota galaksi Emisi dari debu Radiasi dari gas dingin Ultraviolet Kasat mataInframerahRadio Saturnus

8 Pengukuran Intensitas –Jumlah foton yg diterima per satuan waktu bergantung pada luas area kolektor –Teleskop berfungsi mengoleksi radiasi dan membentuk citra (angular resolution). Ada efek termal dan mekanik yang membatasi kemampuan teleskop dalam mengoleksi radiasi –Kinerja detektor menentukan presisi dan sensitivitas terbaik yang dapat dicapai Fotometri: Pengukuran intensitas radiasi yang diterima secara mutlak mengacu pada satuan fundamental fisika Memerlukan kalibrasi mutlak (absolute calibration)

Refraktor Reflektor Evolusi pertumbuhan diameter teleskop optik Pertumbuhan daya koleksi foton Perkembangan sensitivitas detektor kasat mata Sensitivitas instrumen astronomi Lena et al. 1996

10 Analisis Spektral (1) Astrofisika hasil analisis spektral  komposisi kimia dan isotop, medan kecepatan, turbulensi, temperatur, tekanan, medan magnet, gravitasi, dll Daya pisah spektral instrumen ( /  ): Kemampuan untuk mengukur dua garis spektum yang berdekatan Spektrograf, luas daerah kolektor, waktu pengukuran dan sensitivitas detektor

11 Analisis Spektral (2) Spektroskopi dan fotometri cepat (< 1 ms) Solar flares, eruptive variable stars, fenomena akresi, sumber sinar-X Spektroskopi dan Imaging (citra simultan berbagai panjang gelombang) Spectroheliogram, pemetaan sinar-X korona matahari, pemetaan sebaran kecepatan hidrogen (garis 21 cm) di galaksi Lena et al. 1996

12 Variabilitas waktu Lambat: Bintang variabel  Mira Ceti (ancient times) Cepat: Pulsar dg periode ms (1968) Sensitivitas & respons waktu detektor  Lena et al. 1996

13 Imaging (Pencitraan) Tujuan: menera berkas radiasi e.m. yang tiba dari arah berbeda di ruang Kapasitas peranti observasi dlm melakukan ini: Daya pisah spasial  ukuran instrumen, panjang gelombang, efek turbulensi atmosfer ResolusiJumlah piksel utk meliput 4  sr Informasi yg diperolehDaerah spektral 11 4  10 4 Radiasi latar belakang Survei langit milimeter sinar-  11.5  10 8 Survei langit IR (  m) 11 5.4  Survei langit Obyek spesifik Kasat mata mm, IR, UV, sinar-X 0.01  5.4  Obyek spesifikIR, kasat mata  5.4  Obyek spesifikRadio [cm]  5.4  Obyek spesifikRadio [cm,mm] Malasan, priv. com.

Lena et al. 1996

15 Polarisasi Karakteristik khusus untuk keadaan fisis yang berkaitan dgn Emisi: scattering, adanya medan magnet, bremsstrahlung Jejak: adanya medium anisotropik (orientasi makroskopik) seperti materi antar bintang Kerangka Acuan Space-Time Agar dapat menggunakan dengan benar informasi astrofisika Lokasi obyek pada kerangka ruang acuan FK5: accuracy 0.02  (posisi), 1.5 x  /yr (proper motion) VLBI: 

Pemrosesan dan Penyimpanan Informasi Informasi astrofisika  data yang dikumpulkan dari seluruh rentang sumber –Selalu meningkat kecermatannya –Memiliki nilai historis yang amat tinggi Penambahan volume data yang dikumpulkan meningkat sangat tajam: –10 7 bintang telah dikatalogkan posisi, magnitudo dan warnanya –Laju informasi dlm radio astronomi dari angkasa luar: 10 8 bits per tahun (1972)  bits per tahun (1982), HST (1989): bits per tahun

Source signal Observing system Raw data Data archive Preliminary reduction Quick-look data Commands, optimization Interactive analysis Full analysis Data bank Images, spectra … Publication Images,spectra … Statistical analysis, modelling Malasan, priv. com.

Tahapan Pemrosesan Data Astronomi & Peranan Sistem Komputer (1) Akuisisi informasi secara real-time Fasilitas quick-look: optimasi observasi Laju akuisisi: deteksi foton individual dari sumber redup (t ~ jam, hari) hingga deteksi cepat (10 8  10 9 bits per detik) Penanganan data real-time: pengurangan volume data mentah dan fasilitasi penyimpan permanen (kompresi dan penapisan) Analisis interaktif: astronom-data-komputer –Ekstraksi dan analisis informasi –Program untuk kalibrasi –Program untuk viewing & manipulasi

19 Tahapan Pemrosesan Data Astronomi & Peranan Sistem Komputer (2) Data yang telah diproses meliputi taksiran galat  Nisbah sinyal terhadap noise/derau (S/N) Disampaikan ke komunitas ilmiah melalui  Publikasi  Bagian dari data bank yang dilengkapi proses standarisasi dan homogenisasi format Analisis rinci  Ekstraksi volume besar data dari data bank untuk pemodelan atau deskripsi statistika