Los rayos X y el Universo oculto

Presentación del tema: "Los rayos X y el Universo oculto"— Transcripción de la presentación:

1 Los rayos X y el Universo oculto
Francisco Carrera Departamento de Física Moderna Instituto de Física de Cantabria (CSIC-Univ de Cantabria) Conferencia impartida en el Aula Magna de la Universidad de Valladolid el 29 de Marzo de 2001 en las jornadas astronómicas Instigador: Juan Vicente Pérez Ortiz Valladolid, 29 de Marzo de 2001

2 Índice Astronomía de rayos X Núcleos Galácticos Activos
El Fondo de Rayos X XMM-Newton SSC AXIS Lockman Hole XEUS

3 Lo que recibimos del Universo
Rayos cósmicos Ondas gravitatorias Neutrinos Ondas electromagnéticas (luz): Radio IR Opt UV RX R  1m mm  Å

4 Efectos de la atmósfera

5 Espejos de rayos X

6 ¿Y merece la pena? Los rayos X son >1000 veces más energéticos que la luz visible Vienen de regiones más energéticas Vienen de regiones más calientes Son más penetrantes

7 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

8 Agujeros negros: ¿Qué son?
Agujero negro: Superficie donde velocidad de escape = velocidad de la luz V=2GM/R v R M Radio de Schwarzschild RS=2GM/c2: nada puede escapar de ese radio.

9 Acreción: ¿Qué es? Caída de materia a la superficie de un astro, liberando la energía que poseía

10 Discos de acreción La materia que cae a un agujero negro, toma la forma de un disco de acreción, por conservación del momento angular Este disco se calienta a temperaturas superiores a los cien mil grados, emitiendo luz ultravioleta La luz ultravioleta acaba convirtiéndose en rayos X

11 La luna (y el fondo) Rayos X del sol reflejados
Fondo difuso “por detrás” El Fondo de rayos X

12 El Sol Óptico ~6000 K Rayos X ~ K

13 Sco X-1 FRX

14 Estrellas Binarias con transferencia de masa
Enanas blancas Estrellas de neutrones Agujeros negros

15 La galaxia de Andrómeda

16 Cúmulos de galaxias Cúmulo de Coma Cúmulo de Virgo

17 Núcleos galácticos activos

18 Núcleos galácticos activos
M87

19 Índice Astronomía de rayos X Núcleos Galácticos Activos
El Fondo de Rayos X XMM-Newton SSC AXIS Lockman Hole XEUS

20 Núcleos Galácticos Activos (AGN): El modelo estándar
Agujero Negro supermasivo (M= Masas Solares) Disco de acreción (T=105 grados) Jet (chorro) de electrones muy energéticos colimados por el disco

21 Núcleos Galácticos Activos (AGN): El modelo estándar
NGC4261 Chris Done (University of Durham)

22 Espectro óptico de un Núcleo Galáctico Activo

23 Espectro de rayos X de un Núcleo Galáctico Activo
Umbrales de absorción Absorción fotoeléctrica Radiación del disco de acreción reprocesada Reflexión (líneas del Fe + y joroba Compton) Exceso blando (disco de acreción)

24 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 Los rayos X pierden energía para poder escapar del agujero negro

25 Índice Astronomía de rayos X Núcleos Galácticos Activos
El Fondo de Rayos X XMM-Newton SSC AXIS Lockman Hole XEUS

26 El fondo de rayos X (FRX)
El cielo en rayos X blandos ~ keV (ROSAT) El cielo en rayos X duros 2-10 keV (HEAO-1 A2)

27 El origen del FRX Las únicas fuentes lo bastante brillantes y abundantes son los AGN Su espectro promedio es muy distinto al del FRX  Paradoja espectral

28 Absorción fotoeléctrica y oscurecimiento
Elimina los rayos X más blandos La fuente puede ser invisible, salvo en rayos X duros Chandra/XMM ROSAT logNH A menudo el gas está acompañado de polvo que elimina la luz óptica y ultravioleta

29 El modelo unificado de los AGN
(Chris Done, Univ of Durham)

30 AGN absorbido Turner et al. (2001)

31 El modelo unificado de los AGN como fuentes del FRX
Gilli et al 2000 ¡¡¡Deberían encontrarse muchos AGN absorbidos en observaciones de rayos X duros !!! La mayor parte de los AGN se observan a través del toro, por lo que la emisión de rayos X está muy absorbida: se puede reproducir el espectro del FRX (Setti & Woltjer 1989) Se consigue un buen ajuste suponiendo una relación de 3 a 1 entre AGN absorbidos/no absorbidos (Madau et al 1994, Comastri et al 1995)

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

33 Índice Astronomía de rayos X Núcleos Galácticos Activos
El Fondo de Rayos X XMM-Newton SSC AXIS Lockman Hole XEUS

34 XMM-Newton ESA, 10-Diciembre-1999

35 ¿Qué observará XMM-Newton?
OY Car Todo tipo de fuentes de rayos X, especialmente duros (2-10 keV) En cada observación de XMM se descubrirán entre 50 y 200 nuevas fuentes de propina  nuevas fuentes/año

36 Survey Science Centre (SSC)
El SSC es un consorcio con tres objetivos principales: el procesado sistemático de todas las observaciones de XMM-Newton el desarrollo de programas de análisis científico para los datos de XMM-Newton el programa de seguimiento: identificaciones identificaciones estadísticas El IFCA es miembro del SSC

37 El Proyecto AXIS Proyecto de identificación de fuentes descubiertas por XMM-Newton ~90 noches de observación en el Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma) 13 centros europeos 35 investigadores Columna vertebral del programa de seguimiento del SSC Liderado por el Instituto de Física de Cantabria (I.P.: X. Barcons)

38

39 El Observatorio del Roque de los Muchachos
NOT (2.5) JKT (1.0) INT (2.5) WHT (4.2) GTC (10) TNG (3.5)

40 AGN con líneas anchas

41 Cuásares con líneas anchas de absorción
z=0.789 Sólo hay ~6 en rayos X hasta ahora ¡y nosotros tenemos dos!

42 ¿Un AGN oscurecido? z=1.224

43 Galaxias inofensivas que contienen agujeros negros
Mkn 205 NELGs

44 Galaxias “normales” z=0.255 LX~ 1043 erg s-1

45 G21.5-09: Un remanente de Supernova y más cosas...

46 Expectativas sobre AXIS
Identificación de varios cientos de fuentes extragalácticas y otras tantas galácticas Imagen de ~80 campos de XMM-Newton Caracterización de la población de AGN Identificaciones estadísticas

47 Identificaciones Estadísticas
AGN Cúmulos NELGs Estrellas Galaxias Estrellas Galaxias Cúmulos NELGs AGN

48 El cielo profundo en rayos X: el Lockman Hole
ROSAT: keV XMM-Newton: 2-10 keV

49 El cielo profundo en rayos X: el Lockman Hole
(Giga-años) Simulación de 350 ks en el Lockman Hole tiempo 0.5-2 keV: blandos 2-10 keV: duros

50 Índice Astronomía de rayos X Núcleos Galácticos Activos
El Fondo de Rayos X XMM-Newton SSC AXIS Lockman Hole XEUS

51 XEUS (X-ray Evolving Universe Spectroscopy mission)

52 XEUS: El telescopio

53 XEUS: Estudiando los primeros agujeros negros
t=1 Ga t=2 Ga t=3 Ga t=5 Ga XEUS XMM-Newton

54 Los rayos X y el Universo oculto
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)