ASTROFÍSICA ESPACIAL Jesús Martín-Pintado Martín Observatorio Astronómico Nacional...

ASTROFÍSICA ESPACIAL

Jesús Martín-Pintado MartínObservatorio Astronómico Nacional

martin@oan.esNecesidad de la astrofísica espacial Requerimientos técnicosExploración del sistema solar Más allá del sistema solar: Telescopios

espaciales

El estudio del Universo se realiza a través:

• 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 ATMOFERA!! LIMITACIÓN : LA ATMOFERA!

Absorción:Absorción:RadioRadioIRIRUVUVrayos X rayos X rayos gammarayos gamma

•Perdida de nitidezPerdida de nitidezHubble Space TelescopeHubble Space Telescope

! LIMITACIÓN : LA ATMOFERA!! LIMITACIÓN : LA ATMOFERA!

Perdida de precisiónPerdida de precisiónCosmic Background Explorer (COBE)Cosmic Background Explorer (COBE)Medidas de gran precisión de laradiación de fondo de microondas

cuerpo negro a 2.7250 K al 99.994%

muestra fluctuaciones espaciales : amplitud de 7 10-5

Tamaño: 7 gradosTamaño TierraTamaño Tierra

! LIMITACIÓN : LA ATMOFERA!! LIMITACIÓN : LA ATMOFERA!

Resolución angular limitada en Resolución angular limitada en radio interferometriaradio interferometria

Resolución depende de la separación entre antenas

The VLBI Space Observatory Programme (VSOP)

Imagen tomada dede tierra

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

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

Radio jet 1413+135 a 6 cm

Viabiliadad limitada debido a:Viabiliadad limitada debido a:•Masa del satélite (5000 Kg)Masa del satélite (5000 Kg)•Consumo de energía (paneles solares, nuclear)Consumo de energía (paneles solares, nuclear)•Resistencia a la aceleración del lanzamientoResistencia a la aceleración del lanzamiento•Resistencia al bombardeo de Rayos CósmicosResistencia al bombardeo de Rayos Cósmicos•Contaminación del espacioContaminación del espacio •Velocidad limitada de las sondasVelocidad limitada de las sondas•Capacidad limitada de recogida de muestrasCapacidad limitada de recogida de muestras•Laboratorios muy especificos para análisisLaboratorios muy especificos para 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 analisis en la Tierra en laboratorios analisis en la Tierra en laboratorios especialesespeciales

La sonda americana STARDUST sobrevolarán el cometa P/Wild2 en enero de 2004 y tomará material de la coma para su análisis en la Tierra. La capsula 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 cometasLos cometas

La vidaLa vida

Exploración del sistema solar: Exploración del sistema solar: HistoriaHistoria

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: Exploración del sistema solar: EstadisticaEstadistica

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 JupiterJupiter 6(6)6(6) SiSi 19951995 GalileoGalileoSaturnoSaturno 3(3)13(3)1 No* (Titan)No* (Titan) 2004* 2004* Cassini/Huygens Cassini/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 aguaCorrientes agua Hielo poloHielo polo ¿Vida pasada?¿Vida pasada?

Vida en el sistema solarVida en el sistema solar

Marte: Marte: hielo, pasado agua y vida?hielo, pasado agua y vida?

Titan:Titan:prebióticoprebiótico Europa:Europa:hielo y aguahielo y agua Tierra:Tierra:vidavida

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

UltravioletaUltravioletaOpticoOpticoInfrarrojoInfrarrojoRadioRadioAstrometríaAstrometría ÓpticoÓptico

Energías mayores que 20 keVEnergías mayores que 20 keVEnergías de 0.11 a 20 keVEnergías de 0.11 a 20 keVLongitudes de onda de 100 a 2000 ALongitudes de onda de 100 a 2000 A

Longitudes de onda de 2 a 60 micrasLongitudes de onda de 2 a 60 micras

Longitudes de onda 3.000-20.000 ALongitudes de onda 3.000-20.000 A

Longitudes de onda >40 micras Longitudes de onda >40 micras

Telescopios espaciales

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:LineasLineas: : Al26 a 1.809 MeVAl26 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 (inverso)Dispersión Compton (inverso) 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

• Observación del Universo más energéticoObservación del Universo más energético• Primera detección en los 1960 (globos y cohetes)Primera detección en los 1960 (globos y cohetes)• Prime satélite: Explorer XI en 1961 (100 fotones)Prime satélite: Explorer XI en 1961 (100 fotones)

– Detectó 22 fuentes en todas direcciones ===>

Interacción de Rayos Cósmicos con la materia

• Finales de los 60: Finales de los 60: Descubrimiento espectacularDescubrimiento espectacular Constelación de satélites Vela (pruebas nucleares)Constelación de satélites Vela (pruebas nucleares) Detectaron destellos de Rayos Gamma del UniversoDetectaron destellos 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

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

Binarias de rayos XBinarias de rayos X

Objeto colapsado +estrellaObjeto colapsado +estrella +accrección de materia+accrección de materia -Enanas blancas-Enanas blancas -Estrellas de neutrones-Estrellas de neutrones --Agujeros negros >1.4 MsolAgujeros negros >1.4 Msol

Determinación de la masa y Determinación de la masa y tamaño del objetotamaño del objetoCygnus X1 es el mejor candidatoCygnus X1 es el mejor candidato Menor que la Tierra (variación)Menor que la Tierra (variación)HDE 226868 is a B0 supergigante con 30 Mo y periodo de 5.6 díasObjeto compañero debe tener 7 Mo

Pulsares de rayos XPulsares de rayos X

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

Pulsar de la nebula del cangrejoPulsar de la nebula del cangrejo

Nucleos de galaxias activasNucleos de galaxias activas

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

Hierro en MCG-6-30-15

Emisión de Hierro del Emisión de Hierro del 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

Linea de 511 keVLinea de 511 keV

Estudio de la neuclosintesis Estudio de la neuclosintesis explosivaexplosivaLineas de Al26 y Co56Lineas de Al26 y Co56producidas en supernovasproducidas en supernovas

Lineas de emisión en rayos gammaLineas de emisión en rayos gamma

Destellos en rayos gammaDestellos en rayos gamma

Grandes variaciones Grandes variaciones en brilloen brilloDetectados hace 30 añosDetectados hace 30 añosGalácticosGalácticos

Recientemente identificados en el optico =>Recientemente identificados en el optico =>ExtragalácticosExtragalácticos

Mas 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 una supernova

HipernovasHipernovasColisión y unión estrellas de neutrones en el nucleoColisión y unión estrellas de neutrones en el nucleo

Universo frio: infrarrojo y radioUniverso frio: infrarrojo y radio

Estudio de la materia interestelar y la formación estelarEstudio de la materia interestelar y la formación estelarPropiedades y composición del gas y del polvoPropiedades y composición del gas y del polvoBalance energetico en el medio interestelarBalance energetico en el medio interestelar

IRASIRASCartografia de todo el cielo a 12, 25, 60 y 100 micrasCartografia de todo el cielo a 12, 25, 60 y 100 micras

-Polvo de cometas llena el sistema solar-Polvo de cometas llena el sistema solar-Protoestrellas embebidas en nubes moleculaes-Protoestrellas embebidas en nubes moleculaes-Cirros de polvo en todas las direcciones-Cirros de polvo en todas las direcciones-75.000 galaxias con brotes de formación estelar-75.000 galaxias con brotes de formación estelar-La galaxias ultraluminosas (protogalaxias)-La galaxias ultraluminosas (protogalaxias)

ISOISOComplejidad química del medio interestelarComplejidad química del medio interestelarGranos de polvo (nucleo y mantos helados)Granos de polvo (nucleo y mantos helados)

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

Grandes moléculas: Grandes moléculas: Hidrocarburos aromaticos policiclicosHidrocarburos aromaticos policiclicos

HPA en HD97300HPA en HD97300

240 UA240 UA

HPA en el rectangulo rojoHPA en el rectangulo rojo

Pequeñas moléculasPequeñas moléculas

Detección por primnera vez delDetección por primnera vez delHPA más pequeño, HPA más pequeño, el bencenoel benceno

Agua en abundancia en el Universo (ISO+SWAS)Agua en abundancia en el Universo (ISO+SWAS)

Sistema solarSistema solarOrionOrion

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

Futuro:Futuro: SIRTFSIRTF HerschelHerschel