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
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
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
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
Procesos de emisión de rayos X
Radiación de frenado: colisiones e- ión
en gas muy caliente (T>106K ve->>)
Efecto Compton inverso: colisión emuy energéticos (v~c) con fotones
Radiación sincrotrón: e- muy
energéticos (v~c) en campo
magnético muy fuerte
Röntgen y la mano de su
mujer (1/2 hora!)
Líneas de Emisión ...
Fluorescencia
CXC/M.Weiss
... y absorción
Absorción fotoeléctrica
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...
Efectos de la atmósfera
Atmósfera no transparente a todas las longitudes de onda: hay
que situar observatorios fuera de la atmósfera
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)
Júpiter
S+O+
Rayos X del Sol
reflejados en Júpiter
Óptico HST
Rayos X: Chandra
El Sol
Rayos X: SOHO
Visible ~6000K
Rayos X: 10000000K
Escorpio X-1
FRX
Estrellas Binarias
con 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
Acreción: ¿Qué es?
Caída de materia a la superficie
de un astro, liberando la energía
que poseía:
Eliberada~GM/Rm
Más cuanto más compacto
Objeto
Eficiencia
Sol
0.0002%
Reacciones Nucl. 0.7%
Agujero Negro 10-40%
Agujeros negros: ¿Qué son?
• Agujero negro: Superficie donde velocidad de escape =
velocidad de la luz
v
R
M
v=2GM/R
Epotencial=Egravitatoria
• Radio de Schwarzschild RS=2GM/c2: nada
puede escapar de ese radio.
La galaxia de Andrómeda
Óptico: estrellas “normales”
Rayos X: estrellas binarias
Óptico: estrellas “normales”
¿Galaxias
normales?
Rayos X:
XMM-Newton
Turner
et al. (2001)
Segundo vistazo a
Andrómeda
Rayos X: ¡núcleo activo!
Núcleos Galácticos Activos
(AGN):
El modelo estándar
• Agujero Negro
supermasivo (M=106-109
Masas Solares)
• Disco de acreción
(T>105K)
• Chorro de e- muy
energéticos colimados
por el disco (~10%)
Chris Done (University of Durham)
El cielo profundo
HST Óptico: estrellas
XMM Rayos X: agujeros negros
La línea de fluorescencia del Fe (a 6.4 keV)
Confirmación
del
• Línea de emisión muy ancha

corrimiento
al rojo gravitatorio
(v>>,
r<<)
• Los predicho
rayos X pierden
por laenergía
Relatividad
para poder escapar del
General de Einstein
potencial gravitatorio del
agujero negro

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) Los rayos X
•
•
•
duros son la
forma más eficiente de detectar
AGN producen la mayor parte
(~90%) del FRX
la población dominante de AGN
La mayoría (~90%) de los AGN que
producen el FRX(algunos
presentan
sólo en esa banda
Gilli et al 2000
absorción (y están sin detectar)
Los AGN son fuentes brillantes-y
ensubmm-)
rayos X
 La mayoría de los AGN presentan absorción y están sin detectar
AGN y formación de galaxias
• La mayor parte de las
12
7
6
5
4
3
galaxias cercanas tienen un
(Giga-años)
agujero negro supermasivo
• La masa del agujero negro
y la masa de la Los rayos X también dan
componente más vieja de
las galaxias están
relacionadas
• La evolución de la
formación
formación de estrellas
(~formación de galaxias)
y
de
galaxias
“normales”
de la emisión de rayos X
(~crecimiento del agujero
negro) son similares
información sobre el proceso de
tiempo
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
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El Universo violento y oscuro - Grupo de Astronomía de Rayos X