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Los rayos X y el Universo oculto

Los rayos X y el Universo oculto. Francisco Carrera Departamento de Física Moderna Instituto de Física de Cantabria (CSIC-Univ de Cantabria). Valladolid, 29 de Marzo de 2001. Índice. Astronomía de rayos X Núcleos Galácticos Activos El Fondo de Rayos X XMM-Newton SSC AXIS

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Los rayos X y el Universo oculto

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Presentation Transcript

  1. Los rayos X y el Universo oculto Francisco Carrera Departamento de Física Moderna Instituto de Física de Cantabria (CSIC-Univ de Cantabria) 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 1mm 1 1Å

  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 SchwarzschildRS=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 ~1000000 K

  13. FRX Sco X-1

  14. Estrellas Binariascon 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=106-109 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. Umbrales de absorción Radiación del disco de acreción reprocesada Reflexión (líneas del Fe + y joroba Compton) Absorción fotoeléctrica Exceso blando (disco de acreción) Espectro de rayos X de un Núcleo Galáctico Activo

  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 ~0.1-2.4 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. Chandra/XMM ROSAT Absorción fotoeléctrica y oscurecimiento • Elimina los rayos X más blandos La fuente puede ser invisible, salvo en rayos X duros 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. AGNabsorbido Turner et al. (2001)

  31. Gilli et al 2000 El modelo unificado de los AGNcomo fuentes del FRX • 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) ¡¡¡Deberían encontrarse muchos AGN absorbidos en observaciones de rayos X duros !!! • 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 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

  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100000 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. http://www.ifca.unican.es/~xray/AXIS

  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. z=0.789 Cuásares con líneas anchas de absorción 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: 0.1-2 keV XMM-Newton: 2-10 keV

  49. El cielo profundo en rayos X: el Lockman Hole 12 7 6 5 4 3 (Giga-años) Simulación de 350 ks en el Lockman Hole tiempo 2-10 keV: duros 0.5-2 keV: blandos

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

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