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Maite Ceballos Instituto de Física de Cantabria (CSIC-UC)

Maite Ceballos Instituto de Física de Cantabria (CSIC-UC). ASTRONOMÍA ESPACIAL DE RAYOS X: DESCUBRIENDO EL UNIVERSO MÁS VIOLENTO. FERROL 2004. Agradecimientos.

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Maite Ceballos Instituto de Física de Cantabria (CSIC-UC)

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Presentation Transcript

  1. Maite Ceballos Instituto de Física de Cantabria (CSIC-UC) ASTRONOMÍA ESPACIAL DE RAYOS X: DESCUBRIENDO EL UNIVERSO MÁS VIOLENTO FERROL 2004

  2. Agradecimientos • Grupo de Astronomía de Rayos X @ IFCA: Xavier Barcons, Francisco Carrera, Silvia Mateos, Amalia Corral, Jacobo Ebrero, Ludolfo Caíña

  3. Un paseo por el Universo de altas energías...

  4. El Sistema Solar

  5. Credit: X-ray: NASA/SWRI/R.Gladstone; UV:NASA/HST/J.Clarke et al.; Optical:NASA/HST/R.Beebe et al.) Venus y Jupiter Credit: NASA/MPE/K.Dennerl et al.

  6. El Sol

  7. Estrellas Eta Carinae NASA/HST/J.Morse/K.Davidson

  8. Animation: CXC/D.Berry & A.Hobart MDM/R.Fesen Cas A Remanentes de Supernova

  9. Púlsares Optico

  10. Illustration: ESA Binarias con acreción

  11. La Vía Láctea vista desde “fuera”… ROSAT All-Sky Survey Credit: S.Digel & S.Snowden (USRA/LHEA/GSFC),ROSAT Project,MPE,NASA

  12. …y desde dentro Animation: CXC/A.Hobart

  13. El Centro Galáctico en rayos X Animation: CXC/A.Hobart

  14. Galaxias Normales NGC 253

  15. Animation: CXC/A.Hobart Galaxias Activas Image Courtesy of ESA

  16. Cúmulos de galaxias

  17. El fondo de Rayos X

  18. El Lockman Hole

  19. Procesos físicos en Astrofísica de altas energías

  20. Radiación Synchrotron Ingredientes: • Campo Magnético • Electrones Relativistas Remanentes de supernovas, jets cósmicos, ...

  21. Ingredientes: • Gas total or parcialmente ionizado • Temperatura T> 106 K Bremsstrahlung Cúmulos de galaxias

  22. Scattering Compton Inverso • Ingredientes: • Electrones muy energéticos • Fotones Alrededores de agujeros negros, estrellas de neutrones

  23. Líneas de Emisión ... CXC/M.Weiss

  24. ... y absorción

  25. Telescopios de rayos X

  26. Colimadores max • Campo de visión limitado por las paredes metálicas que absorben la radiación “fuera del eje” • No sensitividad a ángulos >max h a

  27. Óptica de incidencia rasante • Incidencia perpendicular de rayos X sobre una superficie reflectante absorción. • Incidencia rasante: reflexión total <cr • A grandes E,cr es menor (cr ~1º a 1 keV para Au) Wolter – I

  28. 5 10 15 20 25 Cobertura multi-capa • Mejorar reflectividad de fotones de altas energías • Alternar capas de varios espesores e índices de refracción

  29. Anidamiento de espejos • La reflexión se produce solo en un anillo, por tanto la parte central se pierde • Anidando espejos se recupera la parte central

  30. óptica MCP (“Lobster eyes”) • Muchas aperturas de poro una al lado de otra • Con superficies curvadas se pueden alcanzar grandes ángulos sólidos

  31. Espectros: espectrómetros de dispersión por difracción RGS (XMM-Newton)

  32. pixel boundary pixel boundary incoming photons Electrode Structure n-type silicon Charge packet p-type silicon SiO2 Insulating layer Detectores e instrumentos Placa Microcanal Contador Proporcional CCD Microcalorímetro

  33. Historia de la Astrofísica de Altas energías

  34. 1962 Riccardo Giacconi (Genoa 1931) 2002

  35. Dos descubrimientos sorprendentes: • Una fuente de rayos X extremadamente brillante, muy discreta • en el óptico (Sco X-1) • Radiación difusa desde todas direcciones en el Universo (el • Fondo cósmico de rayos X) • Y por supuesto, ni rastro de la Luna… … hasta 1990! Los comienzos... 18-June-1962: Giacconi y colaboradores lanzan un cohete Aerobee a más de 80 km de altitud durante > 5 minutos con 3 detectores de rayos X Objetivo: detectar rayos X del Sol reflejados en la Luna

  36. FRX Sco X-1

  37. Los primeros pasos ... • 1962: Descubrimiento de Sco X-1 y del Fondo Cósmico de rayos X • 1962-1970: Cohetes con detectores • 1970-1980: colimadores en órbita (resolución ~ grados) • 1980-1990: Primeros telescopios de rayos X de poca energía (Einstein, EXOSAT) • 1990-actualidad: Primeros telescopios de rayos X muy energéticos (Chandra, XMM-Newton) y observatorios de rayos  (Granat, CGRO, Integral)

  38. Colimadores en órbita: UHURU • Lanzado el 12 Dic 1970 desde Kenya • Carga útil de 56 kg! • Barrido de todo el cielo a una resolución de varios grados • Primer catálogo con cientos de fuentes de rayos X UHURU (1970-73) Fotografía del satélite Uhuru cortesía de SAO

  39. HEAO-1 • Barrido de todo el cielo en 2-60 keV con varios instrumentos. • Posiciones de fuentes brillantes con un colimador de resolución 1 arcmin • Intensidad y espectro del fondo de rayos X NASA

  40. 0.3-3.5 keV • Primeros 'muestreos' profundos • Cielo Extragaláctico Einstein Observatorio Einstein (1979-83) • IPC: Imaging Proportional Counter • HRI: High Resolution Imager • SSS: Solid State Spectrometer • BCS: Bragg Crystal Spectrometer NASA

  41. 0.1-2.4 keV • Muestro de todo el cielo (6 meses) • 10 años de observaciones con apuntado ROSAT ROSAT (1990-99) • PSPC: Position Sensitive Proportional Counter • HRI: High Resolution Imager Germany/US/UK

  42. Primera línea ancha del Fe detectada en MCG-6-30-15 • 0.5-10 keV (focal muy larga) • Resolución espejos 2-3' • Primer observatorio en rayos X duros: líneas Fe ASCA ASCA (1993-2001) • SIS0 & SIS1 (detectores CCD) • Campo de visión 20’ • GIS1 & GIS2 (contadores proporcionales) • Campo de visión 50’ Japan

  43. Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE): 1995- • Muy buena resolución temporal • Banda de energía ancha (2-200 keV) • Limitada información posicional • Diseñado para observar fuentes brillantes en modo temporal

  44. XMM-Newton/ESA Chandra/NASA Los grandes observatorios

  45. Chandra • NASA: (23-VII-1999, Columbia) • Alta resolución espacial (0.5'') • ACIS: CCDs • HRC: MCP • HETG + ACIS-S • LETG + HRC-S

  46. Chandra Deep Field-South NASA/JHU/AU/R.Giacconi et al.

  47. XMM-Newton

  48. XMM-Newton • ESA (10-XII-1999): Moderada resolución espacial (~12-15”), resolución espectral media, capacidad imagen sobre 0.2-12 keV y gran campo de visión. • Espectroscopia de media-alta resolución • Optimizado para espectroscopía de rayos X y muestreos

  49. Instrumentos: EPIC • Imagen espectroscópica en la banda 0.2-12 keV • 2 MOS + 1 pn • Campo de visión: 30 arcmin

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