ASTROFÍSICA ESPACIAL

Necesidad de la astrofísica espacialRequerimientos técnicosExploración del sistema solar Más allá del sistema solar: Telescopios

espaciales

El estudio del Universo se realiza a través de:

• Radiación electromagnética• Rayos Cósmicos

• Sondas• Análisis de muestras in situ • Toma de muestras y retorno a la tierra

Necesidad de la astrofísica espacial

Parcialmente desdeParcialmente desde Tierra ==> Tierra ==>

SatélitesSatélites

ExploraciónExploración

espacialespacial

Universo en todo su explendor==> Se necesita observar todo el espectro ==> Se necesita observar todo el espectro

electromagnéticoelectromagnético

! LIMITACIÓN : LA ATMÓSFERA!! LIMITACIÓN : LA ATMÓSFERA!

Absorción:Absorción:RadioRadioIRIRUVUVrayos X rayos X rayos gammarayos gamma

•Pérdida de nitidezPérdida de nitidezHubble Space TelescopeHubble Space Telescope

! LIMITACIÓN : LA ATMÓSFERA!! LIMITACIÓN : LA ATMÓSFERA!

Pérdida de precisiónPérdida de precisiónCosmic Background Explorer (COBE)Cosmic Background Explorer (COBE)Medidas de gran precisión de laradiación de fondo de microondas han mostrado:

•cuerpo negro a 2.7250 K al 99.994%

•fluctuaciones espaciales : -amplitud de 7 10-5

-tamaño: 7 grados

! LIMITACIÓN : LA ATMÓSFERA!! LIMITACIÓN : LA ATMÓSFERA!

Resolución angular limitada en Resolución angular limitada en radio interferometríaradio interferometría

La resolución depende de la separación entre antenas

The VLBI Space Observatory Programme (VSOP)

Imagen tomada desde la Tierra

Imagen tomada con VSOP (mejoraImagen tomada con VSOP (mejorala resolución en un factor 3)la resolución en un factor 3)

! LIMITACIÓN : TAMAÑO DE LA TIERRA!! LIMITACIÓN : TAMAÑO DE LA TIERRA!

Radio jet 1413+135 a 6 cm

Viabilidad limitada debido a:Viabilidad limitada debido a:

•Masa del satélite (5000 Kg)Masa del satélite (5000 Kg)•Consumo de energía (paneles solares, nuclearConsumo de energía (paneles solares, nuclear))•Construcción de equipos con calidad espacial Construcción de equipos con calidad espacial •Velocidad limitada de las sondasVelocidad limitada de las sondas•Capacidad limitada de recogida de muestrasCapacidad limitada de recogida de muestras•Laboratorios especializados para su análisisLaboratorios especializados para su análisis

El espacio es ideal para instalar los telescopiosEl espacio es ideal para instalar los telescopios¿en el futuro en la¿en el futuro en la luna?luna?

Requerimientos técnicos

Futuro:Futuro: recogida de muestras y recogida de muestras y análisis en la Tierra en laboratorios análisis en la Tierra en laboratorios especializadosespecializados

La sonda americana STARDUST sobrevolará el cometa P/Wild2 en enero de 2004 y tomará material de la coma para su análisis en la Tierra. La cápsula regresará a la Tierra en enero de 2006

La sonda japonesa Nurses C (2002) Nurses C (2002) traerá material de la superficie de un asteroide

Exploración del Sistema Solar

Estudiar las propiedades físicas y químicas de Estudiar las propiedades físicas y químicas de todos los objetos del Sistema Solartodos los objetos del Sistema Solar

para comprender la formación y evolución de:para comprender la formación y evolución de:

El sistema solarEl sistema solarLos planetasLos planetasLos satélitesLos satélites

Los asteroidesLos asteroidesLos cometas Los cometas

La vidaLa vida

Exploración del Sistema Solar: HistoriaExploración del Sistema Solar: Historia

ObjetoObjeto SondaSonda PaísPaís AcciónAcción AñoAñoTierraTierra Sputnik1Sputnik1 URSSURSS OrbitaOrbita 19571957Luna Luna Luna1Luna1 URSS URSS vuelovuelo 19591959SolSol Pioneer5Pioneer5 EEUU EEUU Vuelo Vuelo 19591959MercurioMercurio Mariner10Mariner10 EEUUEEUU VueloVuelo 19731973VenusVenus Venera1Venera1 URSSURSS VueloVuelo 19611961MarteMarte Mariner4Mariner4 EEUUEEUU VueloVuelo 19771977JupiterJupiter Voyager1Voyager1 EEUUEEUU Vuelo Vuelo 1977 1977 SaturnoSaturno Voyager1Voyager1 EEUUEEUU Vuelo Vuelo 19771977UranoUrano Voyager2Voyager2 EEUUEEUU Vuelo Vuelo 19771977NeptunoNeptuno Voyager2Voyager2 EEUUEEUU Vuelo Vuelo 19771977Plutón Pluto/KuiperPlutón Pluto/Kuiper EEUUEEUU VueloVuelo 2004*2004*AsteroideAsteroide GalileoGalileo EEUU/UEEEUU/UE VueloVuelo 19891989HalleyHalley GiottoGiotto UEUE VueloVuelo 19851985

Exploración del Sistema Solar: EstadísticaExploración del Sistema Solar: Estadística

ObjetoObjeto Satélites Satélites Aterrizaje*Aterrizaje* AñoAño SatélitesSatélitesSolSol 11 (12)11 (12) NoNoMercurioMercurio 11 NoNoVenusVenus 22(25)22(25) SiSi 19701970 Venera7Venera7MarteMarte 6(30)26(30)2 SiSi 19711971 Mars3 Mars3 JúpiterJúpiter 6(6)6(6) SiSi 19951995 GalileoGalileoSaturnoSaturno 3(3)13(3)1 No* (Titan)No* (Titan) 2004*2004* Cassini/HuygensCassini/Huygens UranoUrano 11 NoNoNeptunoNeptuno 11 NoNoPlutón Plutón 0(0)10(0)1AsteroideAsteroide 5(5)5(5) SiSi 20012001 NEARNEARCometaCometa 7(7)17(7)1 No*No* ROSSETAROSSETA

Corrientes de aguaCorrientes de agua Hielo en el poloHielo en el polo ¿Vida pasada?¿Vida pasada?

Vida en el sistema solarVida en el sistema solar

Marte:Marte: hielo, agua y vida en el pasadohielo, agua y vida en el pasado ??

Titán:Titán:hielo+aguahielo+agua Europa:Europa: hielo+aguahielo+agua Tierra:Tierra:vidavida

Altas energíasAltas energías -- Rayos GammaRayos Gamma -Rayos X-Rayos X

InfrarrojoInfrarrojo

Energías mayores que 20 keVEnergías mayores que 20 keVEnergías de 0.11 a 20 keVEnergías de 0.11 a 20 keV

Longitudes de onda de 2 a 200 micrasLongitudes de onda de 2 a 200 micras

Telescopios espaciales

Por diferentes razones cubren todo el espectro Por diferentes razones cubren todo el espectro electromagnéticoelectromagnético

• Observación del Universo más energéticoObservación del Universo más energético• Predichas antes de su observaciónPredichas antes de su observación • Primera detección en 1960 (globos y cohetes)Primera detección en 1960 (globos y cohetes)• Primer satélite: Explorer XI en 1961 (100 fotones)Primer satélite: Explorer XI en 1961 (100 fotones)

– Detectó 22 fuentes en todas direcciones ===>

Interacción de Rayos Cósmicos con la materia

Altas energíasAltas energías

•Finales de los 60:Finales de los 60: Descubrimiento espectacularDescubrimiento espectacular Conjunto de satélites Vela (pruebas nucleares)Conjunto de satélites Vela (pruebas nucleares) Detectaron explosiones de Rayos Gamma del UniversoDetectaron explosiones de Rayos Gamma del Universo Los eventos más energéticos del UniversoLos eventos más energéticos del Universo Después de más de 30 años aún son un misterio

Altas energíasAltas energías

Más de 100 satélites en altas energíasMás de 100 satélites en altas energías

Los últimos :Los últimos : Compton Gamma Ray Observatory (CGRO)Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) Chandra Chandra XMM-NewtonXMM-Newton

Emisores en altas energías: Binarias de rayos XEmisores en altas energías: Binarias de rayos X

Objeto colapsado +estrellaObjeto colapsado +estrella +accrección de materia+accrección de materia -Enanas blancas-Enanas blancas <<1.4 Msol1.4 Msol -Estrellas de neutrones-Estrellas de neutrones -Agujeros negros > 2-3Msol-Agujeros negros > 2-3Msol

Determinación de la masa y tamaño Determinación de la masa y tamaño del objeto. El caso dedel objeto. El caso de Cygnus X1. Cygnus X1. Menor que la Tierra (variación)Menor que la Tierra (variación)HDE 226868 es una B0 supergigante con 30 Mo y periodo de 5.6 días ==>Objeto compañero debe tener 7 Mo

Emisores en altas energías:Emisores en altas energías: Pulsares de rayos XPulsares de rayos X

Si el objeto es unSi el objeto es un estrellas de neutronesestrellas de neutrones==>pulsar radio y rayos X==>pulsar radio y rayos X

Pulsar de la nebulosa del cangrejoPulsar de la nebulosa del cangrejo

Emisores en altas energías:Emisores en altas energías: Núcleos de galaxias activasNúcleos de galaxias activas

Posibles agujeros negros Posibles agujeros negros supermasivos (10supermasivos (106-96-9 Mo) Mo)

Hierro en MCG-6-30-15

Emisión del Hierro en el Emisión del Hierro en el disco de acrección disco de acrección ensanchada por los ensanchada por los movimientos y por el movimientos y por el efecto gravitatorioefecto gravitatorio

Generación de antimateria Generación de antimateria en núcleo de la galaxiaen núcleo de la galaxia

Línea de aniqulilación de Línea de aniqulilación de materia a 511 keVmateria a 511 keV

Estudio de la nucleosíntesis Estudio de la nucleosíntesis explosivaexplosivaLíneas :Líneas :2626Al => Al => 2626Mg +positrónMg +positrón5656Co ==> Co ==> 5656FeFeproducidas en supernovasproducidas en supernovas

Emisores en altas energías: Líneas en rayos GammaEmisores en altas energías: Líneas en rayos Gamma

Emisores en altas energías: Explosiones en rayos gammaEmisores en altas energías: Explosiones en rayos gamma

Grandes variaciones Grandes variaciones en brilloen brilloDetectados hace 30 añosDetectados hace 30 añosOrigen:Origen: Galácticos Galácticos

Recientemente identificados en el óptico =>Recientemente identificados en el óptico =>ExtragalácticosExtragalácticos

Más lejano (10% de la edad del Universo, 1.500 Maños)Brilló 1.000.000.000.000 veces lo que el Sol y 1.000 veces lo que una supernova ====>====>

Origen:Origen: HipernovasHipernovasColisión y unión de estrellas de neutrones en el núcleoColisión y unión de estrellas de neutrones en el núcleo

Estudio de la materia interestelar y la formación estelarEstudio de la materia interestelar y la formación estelar•Propiedades y composición del gas y del polvoPropiedades y composición del gas y del polvo•Balance energético en el medio interestelar Balance energético en el medio interestelar (interacción estrellas medio circundante)(interacción estrellas medio circundante)

Satélites más importantes: Satélites más importantes: Infrared Astronomical Satelite (IRAS)Infrared Astronomical Satelite (IRAS)

Infrared Space Observato (ISO)Infrared Space Observato (ISO)

Universo frío: infrarrojo y radioUniverso frío: infrarrojo y radio

•Polvo de cometas que llena el sistema solarPolvo de cometas que llena el sistema solar•Protoestrellas embebidas en nubes molecularesProtoestrellas embebidas en nubes moleculares•Cirros de polvo en todas las direccionesCirros de polvo en todas las direcciones•Galaxias con brotes de formación estelar (75.000 )Galaxias con brotes de formación estelar (75.000 )•La galaxias ultraluminosas (protogalaxias)La galaxias ultraluminosas (protogalaxias)•Composición química del gas y polvo interestelarComposición química del gas y polvo interestelar

Emisores en el infrarrojo:Emisores en el infrarrojo:

Granos de polvo (núcleo y mantos helados)Granos de polvo (núcleo y mantos helados)

Núcleo Mantos heladosNúcleo Mantos heladosCristales de silicatos Agua, etanol, metano, ..Cristales de silicatos Agua, etanol, metano, ..

Emisores en el infrarrojo: Emisores en el infrarrojo: Granos de polvo Granos de polvo

Hidrocarburos aromáticos policíclicosHidrocarburos aromáticos policíclicos

HPA en HD97300HPA en HD97300

240 UA240 UA

HPA en el rectangulo rojoHPA en el rectangulo rojo

Emisores en el infrarrojo: Emisores en el infrarrojo: Grandes moléculasGrandes moléculas

Detección por primera vez delDetección por primera vez delHPA más pequeño:HPA más pequeño: el bencenoel benceno

Agua en abundancia en el UniversoAgua en abundancia en el Universo

Sistema SolarSistema Solar OriónOrión

Emisores en el infrarrojo: Emisores en el infrarrojo: Pequeñas moléculasPequeñas moléculas

CRL2688CRL2688

En el medio interestelarEn el medio interestelar Granos con mantos ricos en moléculas complejasGranos con mantos ricos en moléculas complejasGran bundancia HPA y aguaGran bundancia HPA y aguaHPA+agua==> moléculas orgánicas complejasHPA+agua==> moléculas orgánicas complejasIngredientes básicos de la vidaIngredientes básicos de la vida

Futuro:Futuro:HerschelHerschelSondas a:Sondas a:•MarteMarte•EuropaEuropa•TitánTitán

Predichas mucho antes de su detecciónProcesos que generan emisión en rayos X y gammaProcesos que generan emisión en rayos X y gamma

Colisión particulas de muy alta energiaColisión particulas de muy alta energia Espectro con E>72 keV Espectro con E>72 keV

Aniquliación particula-antiparticula Aniquliación particula-antiparticula Electron-positrrón linea a 511 KeVElectron-positrrón linea a 511 KeV

Decaimiento radiativo isotopos radiactivos:Decaimiento radiativo isotopos radiactivos:Lineas: Lineas: 2626Al a 1.809 MeVAl a 1.809 MeVAceleración de partículas cargadasAceleración de partículas cargadasCampo mágnetico: sincrotrón (electrones)Campo mágnetico: sincrotrón (electrones)

Campo electrostático: bremsstrahlungCampo electrostático: bremsstrahlung

Altas energíasAltas energías

Dispersión Compton (inversa)Dispersión Compton (inversa) Fotones UV ===> fotones X y GammaFotones UV ===> fotones X y Gamma

Recombinación de átomos muy ionizadosRecombinación de átomos muy ionizadosLíneas del Si, Fe .. en rayos XLíneas del Si, Fe .. en rayos X