VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III Astrofísica de Altas Energías – III Astrofísica Xavier Barcons Instituto de Física de Cantabria.

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

2 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

3 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

4 Sistema Solar VIU - Curso 2010/2011

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

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

7 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

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

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

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

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

12 RX J1713-3946 Astrofísica de Altas Energías - III Fe line VIU - Curso 2010/2011

13 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

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

15 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

16 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

17 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

18 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

19 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

20 2-10 keV 1-30 MeV 1-100 GeV VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

21 Cúmulos de galaxias Agrupaciones de 100s a 1000s de galaxias zonas de ~0.1-1 Mpc Velocidades ~300-2000 km/s Segregación morfológica (E/S0 en el centro, S en las afueras) Subestructuras VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

22 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

23 Gas intracúmulo emisor X Gas ionizado atrapado en el pozo de potencia Densidad de gas ~10 - 3 -10 -1 cm -3 Distribución espacial: VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

24 Temperatura y metalicidad Temperatura aprox constante Decrecimiento hacia el centro (cooling flow) Metalicidad alrededor de 0.3 solar Coma Sérsic 159-03 VIU - Curso 2010/2011Astrofísica de Altas Energías - III

25 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

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

27 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

28 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

29 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

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

31 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

32 Origen de los rayos X/γ en AGN Disco de acreción –Momento angular –Disco truncado rin –T~105-106K Corona de electrones relativistas –¿Térmica? –Efecto Compton inverso Reprocesado por el propio disco: reflexión Astrofísica de Altas Energías - IIIVIU - Curso 2010/2011

33 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

34 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

35 Ionización y reflexión Energy (keV) log 10  =1 1.5 2 2. 5 3 3. 5 4 4. 5 5 Ballantyne et al. (2001) VIU - Curso 2010/2011

36 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

37 Astrofísica de Altas Energías - III Descubrimiento de líneas de emisión ensanchadas por la Relatividad Datos del satélite ASCA Tanaka et al 1995 MCG-6-30-15

38 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

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

40 Astrofísica de Altas Energías - III MCG-6-30-15: Un agujero negro en rotación máxima XMM-Newton Suzaku a > 0.987 Brenneman & Reynolds (2006)

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