El Universo violento y oscuro

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El Universo violento y oscuro

• Francisco J. Carrera Troyano
• Instituto de Física de Cantabria
• Consejo Superior de Investigaciones Científicas
• y Universidad de Cantabria

Abril 2005
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X
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Índice

• El espectro electromagnético
• Efectos de la atmósfera
• Un paseo por el Universo de rayos X
• La Luna
• El Sol
• Júpiter
• Estrellas binarias
• Acreción
• Agujeros negros
• Galaxias Normales
• Galaxias Activas
• El Universo oscurecido
• Formación estelar
• Línea de emisión del Fe a 6.4 keV
• El Universo desde Cantabria

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El espectro electromagnético
Ondas de radio, microondas, radiación infrarroja,
radiación ultravioleta, rayos X y rayos gamma son
todos radiación electromagnética Luz visible
sólo una pequeña parte del espectro total
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Energía de la radiación

• Cuanto mayor es la frecuencia ? (y menor es la
  longitud de onda ?) mayor es la energía
  transportada

Sólo procesos muy energéticos (x1000 visible)
pueden producir rayos X y Gamma
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Procesos de emisión de rayos X
Radiación de frenado colisiones e- ión en gas
muy caliente (Tgt106K ?ve-gtgt)
Efecto Compton inverso colisión e- muy
energéticos (vc) con fotones
Radiación sincrotrón e- muy energéticos (vc) en
campo magnético muy fuerte
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Líneas de Emisión ...
Fluorescencia
CXC/M.Weiss
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... y absorción
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Información espectral

• Estudiando el espectro de rayos X de
• los astros podemos averiguar su
• temperatura qué iones aparecen
• densidad cuántos aparecen
• composición cuáles aparecen
• campo magnético...

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Efectos de la atmósfera

• Atmósfera no transparente a todas las longitudes
  de onda hay que situar observatorios fuera de la
  atmósfera

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La Luna (y el fondo)
Rayos X del Sol reflejados en la Luna
Parte no iluminada
Fondo de rayos X difuso de más allá de la Luna
(FRX)
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Júpiter
Rayos X del Sol reflejados en Júpiter
Rayos X Chandra
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El Sol
Visible 6000K
Rayos X 10000000K
Rayos X SOHO
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Escorpio X-1
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Estrellas Binariascon transferencia de masa

• Mayor parte estrellas en sistemas múltiples
• Si hay transferencia de masa en una binaria
  compuesta de
• Una estrella normal
• Un objeto compacto
• Enanas blancas
• Estrellas de neutrones
• Agujeros negros
• Liberación de energía por acreción

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Acreción Qué es?

• Caída de materia a la superficie de un astro,
  liberando la energía que poseía
• EliberadaGM/R?m
• Más cuanto más compacto

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Agujeros negros Qué son?

• Agujero negro Superficie donde velocidad de
  escape velocidad de la luz

• Radio de Schwarzschild RS2GM/c2 nada puede
  escapar de ese radio.

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La galaxia de Andrómeda
Óptico estrellas normales
Rayos X estrellas binarias
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Galaxias normales?
Óptico estrellas normales
Rayos X XMM-Newton
Turner et al. (2001)
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Segundo vistazo a Andrómeda
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Núcleos Galácticos Activos (AGN) El modelo
estándar

• Agujero Negro supermasivo (M106-109 Masas
  Solares)
• Disco de acreción (Tgt105K)
• Chorro de e- muy energéticos colimados por el
  disco (10)

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El cielo profundo
XMM Rayos X agujeros negros
HST Óptico estrellas
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La línea de fluorescencia del Fe (a 6.4 keV)
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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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

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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 más energéticos permiten observar
  estos procesos casi en exclusiva
• Desde Cantabria se puede trabajar en todos estos
  temas el Grupo de Astronomía de rayos X del IFCA