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Observation and calibration strategies for large-scale multi-beam velocity-resolved mapping of the [CII] emission in the Orion molecular cloud

Higgins, R. D. und Kabanovic, S. und Pabst, C. und Teyssier, D. und Goicoechea, J. R. und Berne, O. und Chambers, E. und Wolfire, M. und Suri, S. und Buchbender, C. und Okada, Y. und Mertens, M. und Parikka, A. und Aladro, R. und Richter, Heiko und Güsten, R. und Stutzki, J. und Tielens, A. G. G. M. (2021) Observation and calibration strategies for large-scale multi-beam velocity-resolved mapping of the [CII] emission in the Orion molecular cloud. Astronomy & Astrophysics, 652 (A77). EDP Sciences. doi: 10.1051/0004-6361/202039621. ISSN 0004-6361.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
31MB

Offizielle URL: https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2021/08/aa39621-20/aa39621-20.html

Kurzfassung

The [CII] 158µm far-infrared fine-structure line is one of the dominant cooling lines of the star-forming interstellar medium (ISM). Hence [CII] emission originates in and thus can be used to trace a range of ISM processes. Velocity-resolved large-scale mapping of [CII] in star-forming regions provides a unique perspective of the kinematics of these regions and their interactions with the exciting source of radiation. Aims. We explore the scientific applications of large-scale mapping of velocity-resolved [CII] observations. With the [CII] observations, we investigate the effect of stellar feedback on the ISM. We present the details of observation, calibration, and data reduction using a heterodyne array receiver mounted on an airborne observatory. Methods. A 1.15 square degree velocity-resolved map of the Orion molecular cloud centred on the bar region was observed using the upGREAT heterodyne receiver flying on board the Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA). The data were acquired using the 14 pixels of the German REceiver for Astronomy at Terahertz Frequencies (upGREAT) that were observed in an on-the-fly mapping mode. 2.4 million spectra were taken in total. These spectra were gridded into a three-dimensional cube with a spatial resolution of 14.1 arcseconds and a spectral resolution of 0.3 km/s. Results. A square-degree [CII] map with a spectral resolution of 0.3 km s−1 is presented. The scientific potential of this data is summarized with discussion of mechanical and radiative stellar feedback, filament tracing using [CII], [CII] opacity effects, [CII] and carbon recombination lines, and [CII] interaction with the large molecular cloud. The data quality and calibration is discussed in detail, and new techniques are presented to mitigate the effects of unavoidable instrument deficiencies (e.g. baseline stability) and thus to improve the data quality. A comparison with a smaller [CII] map taken with the Herschel/Heterodyne Instrument for the Far-Infrared (HIFI) spectrometer is presented. Conclusions. Large-scale [CII] mapping provides new insight into the kinematics of the ISM. The interaction between massive stars and the ISM is probed through [CII] observations. Spectrally resolving the [CII] emission is necessary to probe the microphysics induced by the feedback of massive stars. We show that certain heterodyne instrument data quality issues can be resolved using a spline-based technique, and better data correction routines allow for more efficient observing strategies.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/147575/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Observation and calibration strategies for large-scale multi-beam velocity-resolved mapping of the [CII] emission in the Orion molecular cloud
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Higgins, R. D.I. Physikalisches Institut der Universität zu KölnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kabanovic, S.KOSMA, Uni KölnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pabst, C.Leiden Observatory, Leiden UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Teyssier, D.Telespanzia Vega UK Ltd. For ESA/ESACNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Goicoechea, J. R.Insitituto des Fisica Fundamental, MadridNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Berne, O.CNRS, ToulouseNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chambers, E.USRANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wolfire, M.University of MarylandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Suri, S.MPIfA, HeidelbergNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Buchbender, C.I. Physikalisches Institut der Universität zu KölnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Okada, Y.I. Physikalisches Institut der Universität zu KölnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mertens, M.I. Physikalisches Institut der Universität zu KölnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Parikka, A.NASA Ames Research CenterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Aladro, R.Max-Planck-Institut für Radioastronomie, BonnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Richter, HeikoHeiko.Richter (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Güsten, R.Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stutzki, J.KOSMA, I.Physikalisches Institut der Universität Köln, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tielens, A. G. G. M.Leiden Observatory, Leiden UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:12 August 2021
Erschienen in:Astronomy & Astrophysics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:652
DOI:10.1051/0004-6361/202039621
Verlag:EDP Sciences
Name der Reihe:Interstellar and circumstellar matter
ISSN:0004-6361
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Instrumentation: spectrometer, ISM: structure, ISM: photon-dominated region (PDR), ISM: bubbles , ISM: individual (Orion), Methods: observational, Far-infrared: ISM
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Terahertz-Spektrometer für atomaren Sauerstoff in der Mesosphäre/Thermosphäre
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Optische Sensorsysteme > Terahertz- und Laserspektroskopie
Hinterlegt von: Richter, Dr.rer.nat. Heiko
Hinterlegt am:16 Dez 2021 08:28
Letzte Änderung:16 Dez 2021 08:28

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