Astronom

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Astronomía de rayos X

• Francisco Carrera
• Instituto de Física de Cantabria
• (CSIC-Univ. de Cantabria)
• Departamento de Física Moderna

Santander, 24 de Octubre de 2003
2
Índice

• Observando el Universo en rayos X
• Efectos de la atmósfera
• Primera observación
• Espejos
• Procesos de emisión acreción
• Fuentes astrofísicas de rayos X
• Núcleos Galácticos Activos
• El Fondo de Rayos X
• Futuro XEUS
• Conclusiones

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Lo que recibimos del Universo

• Rayos cósmicos
• Ondas gravitatorias
• Neutrinos
• Ondas electromagnéticas (luz)

Radio IR Opt UV RX R?
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Efectos de la atmósfera

• Atmósfera no transparente a todas ?
• radio Tierra
• infrarrojo Tierra alto
• visible Tierra, mejor alto
• UV/rayos X espacio

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Primera observación de rayos X

• Giacconi et al. (1962)

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Espejos de rayos X
7
XMM-Newton
ESA, 10-Diciembre-1999
8
Y merece la pena?

• Los rayos X son gt1000 veces más energéticos que
  la luz visible
• Vienen de regiones más energéticas
• Vienen de regiones más calientes
• Son más penetrantes

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Procesos de emisión de rayos X en el Universo

• Plasmas (gases ionizados) a temperaturas de
  millones de grados
• Electrones muy energéticos en campos magnéticos
  intensos
• Acreción a objetos compactos

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Acreción Qué es?

• Caída de materia a la superficie de un astro,
  liberando la energía que poseía

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La luna (y el fondo)

• Rayos X del sol reflejados
• Fondo difuso por detrás

?El Fondo de rayos X
12
Jupiter
13
El Sol
Visible 6000K
UV
Radio
Rayos X 10000000K
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Sco X-1
15
Estrellas Binariascon transferencia de masa

• Una estrella normal
• Un objeto compacto
• Enanas blancas
• Estrellas de neutrones
• Agujeros negros

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La galaxia de Andrómeda
17
Cúmulos de galaxias
Cúmulo de Coma
Cúmulo de Virgo
18
Núcleos galácticos activos
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Núcleos Galácticos Activos (AGN) El modelo
estándar

• Agujero Negro supermasivo (M106-109 Masas
  Solares)
• Disco de acreción (Tgt105 grados)
• Jet (chorro) de electrones muy energéticos
  colimados por el disco (10)

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Núcleos galácticos activos
M87
21
AGNabsorbido
Turner et al. (2001)
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La línea de fluorescencia del Hierro (Fe K? a 6.4
keV)
Nandra 2001
Confirmación del corrimiento al rojo
gravitatorio predicho por la Relatividad General
de Einstein

• Línea de emisión muy ancha (vgtgt, rltlt)
• Los rayos X pierden energía para poder escapar
  del potencial gravitatorio del agujero negro

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El fondo de rayos X (FRX)
El cielo en rayos X blandos 0.1-2.4 keV (ROSAT)
El cielo en rayos X duros 2-10 keV (HEAO-1 A2)
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Resolviendo el FRX el Lockman Hole
ROSAT 0.1-2 keV
XMM-Newton 2-10 keV
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AGN como fuentes del FRX

• AGN abundantes y brillantes, pero espectro ? FRX
• Se puede reproducir el espectro del FRX con AGN
  absorbidos/no absorbidos (3/1)
• AGN producen la mayor parte (90) del FRX
• La mayoría (90) de los AGN que producen el FRX
  presentan absorción (y están sin detectar)
• Los AGN son fuentes brillantes en rayos X

Los rayos X duros son la forma más eficiente
de detectar la población dominante de
AGN (algunos sólo en esa banda -y submm-)
? La mayoría de los AGN presentan absorción y
están sin detectar
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AGN y formación de galaxias

• La mayor parte de las galaxias cercanas tienen un
  agujero negro supermasivo
• La masa del agujero negro y la masa de la
  componente más vieja de las galaxias están
  relacionadas
• La evolución de la formación de estrellas
  (formación de galaxias) y de la emisión de rayos
  X (crecimiento del agujero negro) son similares

Los rayos X también dan información sobre el
proceso de formación de galaxias normales
27
XEUS (X-ray Evolving Universe Spectroscopy
mission)
28
XEUS Estudiando los primeros agujeros negros
t5 Ga
t3 Ga
t2 Ga
t1 Ga
XMM-Newton
XEUS
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Astronomía de rayos X

• La astronomía de rayos X estudia los fenómenos
  más energéticos del Universo
• La mayor parte de la radiación emitida por
  acreción en el Universo es absorbida
• La formación de los núcleos activos está
  probablemente ligada a la formación de galaxias
• Los rayos X duros permiten observar estos
  procesos casi en exclusiva
• (junto con infrarrojo lejano y submilimétricas)