Higgins, R. D. and Kabanovic, S. and Pabst, C. and Teyssier, D. and Goicoechea, J. R. and Berne, O. and Chambers, E. and Wolfire, M. and Suri, S. and Buchbender, C. and Okada, Y. and Mertens, M. and Parikka, A. and Aladro, R. and Richter, Heiko and Güsten, R. and Stutzki, J. and 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.
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Official URL: https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2021/08/aa39621-20/aa39621-20.html
Abstract
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.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/147575/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Observation and calibration strategies for large-scale multi-beam velocity-resolved mapping of the [CII] emission in the Orion molecular cloud | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 12 August 2021 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Astronomy & Astrophysics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 652 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1051/0004-6361/202039621 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | EDP Sciences | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Series Name: | Interstellar and circumstellar matter | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 0004-6361 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | Instrumentation: spectrometer, ISM: structure, ISM: photon-dominated region (PDR), ISM: bubbles , ISM: individual (Orion), Methods: observational, Far-infrared: ISM | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Earth Observation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | R EO - Earth Observation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | R - Terahertz spectrometer for atomic oxygen in the mesosphere/thermosphere | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Berlin-Adlershof | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Optical Sensor Systems > Terahertz and Laser Spectroscopy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Richter, Dr.rer.nat. Heiko | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 16 Dec 2021 08:28 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 16 Dec 2021 08:28 |
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