VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III Astrofísica de Altas Energías – III Astrofísica Xavier Barcons Instituto de Física de Cantabria (CSIC-UC)

VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III Contenidos de la Asignatura 1.Astrofísica de Altas Energías (Física) –Fenomenología, radiación X y γ, otros mensajeros –Procesos físicos 2.Astrofísica de Altas Energías (Tecnología) –Telescopios e instrumentación en rayos X –Telescopios e instrumentación en rayos γ blandos –Telescopios Cherenkov Atmosféricos 3.Astrofísica de Altas Energías (Astrofísica) –Un paseo por el Universo en altas energías

El Sol Emisión de rayos X blandos en la corona solar Calentamiento de la corona, sigue en debate VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Sistema Solar VIU - Curso 2010/2011

Auroras en Júpiter Astrofísica de Altas Energías - III Chandra VIU - Curso 2010/2011

Júpiter: auroras, disco, intercambio de carga VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Emisión X en estrellas “normales” Estrellas frías –Envoltura convectiva: rotación y campos magnéticos –Coronas estelares activas Estrellas calientes –Choques y vientos VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Coronas estelares activas Capella AB Dor VIU - Curso 2010/2011

Importancia de la resolución espectral VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Supernovas y restos de Supernova Astrofísica de Altas Energías - III Chandra Cangrejo VIU - Curso 2010/2011

Astrofísica de Altas Energías - III Restos de Supernova (Cas-A) VIU - Curso 2010/2011

RX J Astrofísica de Altas Energías - III Fe line VIU - Curso 2010/2011

Estrellas de neutrones Emisión térmica (cuerpo negro) Detección de líneas de absorción ciclotrón, B~10 11 Gauss. Astrofísica de Altas Energías - IIIVIU - Curso 2010/2011

Astrofísica de Altas Energías - III Acreción a fuentes compactas VIU - Curso 2010/2011

Astrofísica de Altas Energías - III Acreción Caida de materia en la superficie de un astro, liberando la energía gravitatoria que traía. VIU - Curso 2010/2011

Luminosidad límite de Eddington Astrofísica de Altas Energías - III La presión de la radiación impide que la materia caiga más rápido. VIU - Curso 2010/2011

Astrofísica de Altas Energías - III Discos de acreción Conservación del momento angular implica una estructura plana, en forma de disco La fricción viscosa entre la materia que conforma el disco y que se mueve a distintas velocidades, produce: –calentamiento del disco –transporte del momento angular hacia fuera y caida del material hacia el AN Cuerpo negro: T=(L/4  R 2 ) 1/4 Para la luminosidad límite L=L Edd T~ 2 x 10 7 (M/M  ) -1/4 (3R S /R acc ) 2 K VIU - Curso 2010/2011

Estallidos de rayos γ (GRB) Descubiertos gracias a la guerra fría ( LNT Ban Treaty) gamma Emisión gamma (~0.1 MeV) + post-luminiscencia + post-luminiscencia (afterglow) horas después: X, óptico/IR/radio Duración bimodal: Duración bimodal: (25% de ~0.2s, 75% de ~30s) VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Modelos para GRBs GRB largos (>2 segundos) Explosión de una hipernova – estrella muy masiva en colapso. GRB cortos (< 2 segundos) Coalescencia de 2 estrellas de neutrones VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

2-10 keV 1-30 MeV GeV VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Cúmulos de galaxias Agrupaciones de 100s a 1000s de galaxias zonas de ~0.1-1 Mpc Velocidades ~ km/s Segregación morfológica (E/S0 en el centro, S en las afueras) Subestructuras VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Cúmulos de galaxias: emisión difusa de rayos X Bremsstrahlung a temperatura entre 0.5 y 10 keV Traza el pozo de potencial gravitatorio Línea de emisión del Fe y otras VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Gas intracúmulo emisor X Gas ionizado atrapado en el pozo de potencia Densidad de gas ~ cm -3 Distribución espacial: VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Temperatura y metalicidad Temperatura aprox constante Decrecimiento hacia el centro (cooling flow) Metalicidad alrededor de 0.3 solar Coma Sérsic VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Equilibrio hidrostático y masa El gas está en equilibrio hidrostático –Ausencia de flujos Midiendo ρ gas (r) y T(r) se puede obtener la masa total VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Efecto Sunyaev-Zeldovich Efecto Compton CMB con gas intracúmulo VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Núcleos Galácticos Activos (AGN) Fuerte emisión frente a la galaxia anfitriona –No atribuible a procesos estelares Variabilidad Movimientos internos ultrarápidos VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Paradigma estándar del AGN Agujero negro supermasivo, 10 5 – 10 9 M  Disco de acreción, calentado por viscosidad Chorro de electrones relativistas VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Modelo unificado Todos los tipos de AGN tienen la misma estructura Un toroide de gas y polvo rodea el AGN Para distintas visuales, la apariencia determina el tipo de AGN: tipo 1, tipo 2, Blazar, etc. VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Observando AGNs en distintas bandas del espectro VIU - Curso 2010/2011

El espectro de los AGN en altas energías Ley de potencias Reflexión Compton Emisión (exceso blando) Absorción Líneas de emisión Corte a altas energías (> 100 keV)? VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Origen de los rayos X/γ en AGN Disco de acreción –Momento angular –Disco truncado rin –T~ K Corona de electrones relativistas –¿Térmica? –Efecto Compton inverso Reprocesado por el propio disco: reflexión Astrofísica de Altas Energías - IIIVIU - Curso 2010/2011

Modos de acreción Acreción eficiente: el disco se acerca hasta la ISCO ADAF (Advection dominated accretion flow) –Disco truncado –Acreción ineficiente VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Reflexión Incidencia de los rayos X sobre el disco u otro material frío –Absorción –Energía de retroceso Compton de los electrones –Líneas de emisión fluorescentes VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

Ionización y reflexión Energy (keV) log 10  = Ballantyne et al. (2001) VIU - Curso 2010/2011

Astrofísica de Altas Energías - III Perfil de la línea de emisión Rotación disco: efecto Doppler: 2 “cuernos” simétricos Efectos relativistas: –“Beaming”: potencia cuerno azul –Dilatación temporal: corrimiento al rojo –Corrimiento al rojo gravitacional –Integrado a todo el disco (Fabian et al. 2000) obs / em VIU - Curso 2010/2011

Astrofísica de Altas Energías - III Descubrimiento de líneas de emisión ensanchadas por la Relatividad Datos del satélite ASCA Tanaka et al 1995 MCG

VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III La rotación de los agujeros negros Cuanto más rápido gira un agujero negro: –La materia circula más cerca del agujero negro –Más eficiente es la conversión de materia en energía –Más espectaculares son los efectos de la Relatividad, ya que la materia se acerca más al agujero ne Eficiencia

Astrofísica de Altas Energías - III Efectos de la rotación a Reynolds et al. (2003) VIU - Curso 2010/2011

Astrofísica de Altas Energías - III MCG : Un agujero negro en rotación máxima XMM-Newton Suzaku a > Brenneman & Reynolds (2006)

VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III Y otros … Nandra et al 2007