Fundamentos astrofisica

Astronoma de posicionTeora de la radiacion

Instrumentacion astronomica

Fundamentos de Astrofsica observacional

Yago Ascasibar (Modulo 15, despacho 506)

Astrofsica y CosmologaGrado en Fsica (4o curso)

Astrofsica y Cosmologa Fundamentos de Astrofsica observacional



1 Astronoma de posicion

2 Teora de la radiacionConceptos basicosInteraccion materia-radiacionSistemas fotometricos

3 Instrumentacion astronomica




Astronoma de posicion




La esfera celeste

Coordenadas

Angulo polar

Angulo acimutal

Sistema de referencia

Eje polar

Punto de referencia

Sentido de giro




La esfera celeste




Coordenadas horizontales




Coordenadas horarias




Coordenadas ecuatoriales

LST + h




Tiempo sidereo




Coordenadas eclpticas




Coordenadas galacticas




Coordenadas supergalacticas




Movimientos celestes




Precesion




Paralaje

1 pc 3,0856776 1016 m




Aberracion




Refraccion




Movimiento propio




Conceptos basicosInteraccion materia-radiacionSistemas fotometricos

Teora de la radiacion





El espectro electromagnetico

E = h = hc kT mpv21 eV h 105 GHz hc

104 A hc

1 m k 104 K 0,6mp(10 km/s)2





Fuentes puntuales

Luminosidad bolometrica

L =dE

dt[erg/s]

Luminosidad especfica

L =dE

dt d[erg/s/Hz]

L =dE

dt d[erg/s/A]

Flujo

F =dE

dt dA=

L

4piD2[erg/s/cm2]

Distribucion espectral de energa (SED)

F =dE

dt dAd[erg/s/cm2/Hz]

F =dE

dt dAd[erg/s/cm2/A]





Fuentes extensas

Intensidad especfica(brillo superficial)

dE = I cos dA d dt

[erg/s/Hz/cm2/sr]

Densidad de energa

u =4pic J

Presion de radiacion

P =

Ic cos

2 d

Intensidad media

J =1

4pi

I d

Flujo

F =I cos d





Transporte radiativo

Ecuacion del transporte

dIds

= j I

dId

= S I

Coef. emision: j = jsp + jin + jscjin

I

d4pi J

jsc sc I

d4pi J

Emisividad e.: j =

Funcion fuente: S =j

Coef. extincion: = ab + sc

Opacidad e.: =

Prof. optica: = ds





Procesos de absorcion y emision

Transiciones cuanticas

Ligado-ligado

(des)excitacion

Ligado-libre

ionizacion/recombinaciondisociacion/formacion

Libre-libre

Atomos hidrogenicos

En = Z2

n2mee

4

2~2





Equilibrio termodinamico local

Ley de Boltzmann

Ni ,nNi ,1

=gi ,ngi ,1

eE1En

kT

Ni ,nNi

=gi ,n

Ui (T )e

E1EnkT

Ley de Saha

E = i + mev2e /2

Ni+1NeNi

=2Ui+1(T )

Ui (T )

(2pimekT

h2

)3/2e

ikT






El cuerpo negro

1 n 1eh/kT 1

Ley de Stefan-Boltzmann

F =2pi5k4

15h3c2T 4 T 4

Ley desplazamiento Wien

max = (58,8GHz)(T/K )

max = (0,290 cm)(T/K )1

Funcion de Planck

B =2h3

c21

eh/kT 1Aprox. Rayleigh-Jeans: h kT B 22c2 kTAprox. Wien: h kT B 2h3c2 e

hkT






Ley de Kirchhoff

= B(T )

Ecuacion de transporte

dId

=ab

ab + scB(T ) +

scab + sc

J I

T ' T0, sc ' 0 o J ' BI() ' I0e + B(T0)(1 e )





Sistemas fotometricos





Magnitud aparente

Hiparco (190 120 a.C.)

Ley de Pogson

m1 m2 = 2,5 log10F1F2

F1F2

= 100,4(m1m2)





Magnitud aparente

Punto cero

Vega : m(Vega) = 0AB : m() = 2,5 log10( Ferg/s/cm2/Hz ) 48,6STMAG: m() = 2,5 log10( Ferg/s/cm2/A ) 21,1

Ley de Pogson

m1 m2 = 2,5 log10F1F2

F1F2

= 100,4(m1m2)





Magnitud aparente

Punto cero

Vega : m(Vega) = 0AB : m() = 2,5 log10( Ferg/s/cm2/Hz ) 48,6STMAG: m() = 2,5 log10( Ferg/s/cm2/A ) 21,1





Magnitud absoluta

Definicion

Si el objeto estuviera a 10 pc,

MX = mX 5 log10(

D

10 pc

)

Magnitud Distancia Magnitud Modulo de

aparente [pc] absoluta distancias

Sol -26.74 5 106 4.83 -31.59Sirio -1.47 2.64 1.42 -2.89

Vega 0.03 7.68 0.58 -0.57

Betelgeuse 0.45 197 -6.02 6.47





Filtros fotometricos

Magnitud bolometrica

mbol = 2,5 log10(

0F d

)+ Cbol

Correccion bolometrica

BCX = mbol XDepende del espectro

No de la distancia

2 convenios

BCV () = 0L0 = 3,055 1028 W





Filtros fotometricos

Sistemas fotometricos

Johnson-Cousins (UBVRI)

Thuan-Gunn (griz)

Caracterizacion

Funcion de transmision

eff , FWHM

Conversion

V = VV + V (B V ) + V





Indices de color

Banda ancha (FWHM 1000 A)

(CI )AB (A B) = mA mB = constante 2,5 log10(fAfB

)

Independientes de la distancia

Dependientes de propiedades fsicas

(B V ) : temperatura estelar(U B) : tipo espectral (discontinuidad de Balmer) ycomposicion qumica (lneas de absorcion UV)





Indices de color

Bandas medias (FWHM 100 A) y estrechas ( 10 A)

Stromgren (uvby, n,w )

(u b), (b y) : temperatura estelarc1 (u v) (v b), (n w ) : luminosidad y temperaturam1 (u b) (b y) : line blanketing y tipo espectral

DDO (45,42,41,38,35)

C (42 45) : temperatura efectivaC (45 48) : gravedad superficialC (41 42) : composicion qumica





Indices espectrales

Intensidades medias

Banda central (Ic , c)

2 bandas laterales (Is)

Indican

Edad

Metalicidad

Expresion

Anchura equivalente: EW = c (1 Ic/Is)Magnitud : M = 2,5 log10(1 Ic/Is)





El largo camino de un foton





Extincion por polvo





Extincion por polvo

Curva de extincion

A 2,5 log10(I ()

I0()

)

E (B V ) = AB AV

R =AV

E (B V )

Cardelli et al. (1989)





Extincion por polvo

Schlegel et al. (1998), obtained from LAMBDA





La atmosfera





La atmosfera

Masa de aire

A sec(z)

Atenuacion

T eA

m(z) = k sec(z) + constante





Observables

Flujo

F =

0

FTSR d

F : Flujo medido [erg/s/cm2]F (=

c2f) : SED del objeto [erg/s/cm

2/Hz]T : Transmision atmosfericaS : Transmision del filtroR : Respuesta del telescopio





Observables

Magnitud

m = 2,5 log10 (F/F0)M = m 5 log10 (D/10 pc) A

M : Magnitud absolutaF : Flujo del objetoF0 : Flujo del punto cero

m : Magnitud aparenteD : Distancia al objetoA : Extincion





Observables

Brillo superficial

= m + 2,5 log10()

m : Magnitud aparente : Angulo solido (arcsec2)




Refractor




Reflector




Gran Telescopio de Canarias (GTC)




Optica adaptativa




Very Large Telescope (VLT)




European Extremely Large Telescope (E-ELT)




Fotometra




Espectroscopa




Espectroscopa de campo integral




MUSE @ VLT




Radiotelescopios




Radiointerferometros




Observatorios espaciales




Telescopios Cherenkov




Rayos cosmicos




Neutrinos




Neutrinos


Astronoma de posicinTeora de la radiacinConceptos bsicosInteraccin materia-radiacinSistemas fotomtricos

Instrumentacin astronmica

Fundamentos astrofisica

Documents

Transcript of Fundamentos astrofisica