TEMARAYOS X

RODRIGUEZ GARCIA RODRIGO

CERVANTES DURANTE PABLO OMAR

2 -D

Rayos X

Estos fotones tienen energías que van de 0.1 a 512 keV. Hay que recordar que los fotones visibles tienen del orden de 0.001 keV (o sea, 1 eV).

1 eV equivale a temperaturas de 10,000 K

1 keV equivale a temperaturas de 10,000,000 K

No se esperaba que hubiese fuentes tan calientes en el Universo (la superficie de las estrellas está tipicamente a 10,000 K).

Wilhelm Röntgen (1845-1923)

Röntgen descubre en 1895 los rayos X

En 1949, Friedmann y sus colaboradores detectan rayos X del Sol, pero L(rayos X) es de sólo una millonésima de L(total).

En 1962 Giaconni y colaboradores usan un cohete para poner por fuera de la atmósfera este detector y reciben rayos X de Sco X1, una fuente lejana. Esta fuente tenía que ser de naturaleza muy distinta al Sol, muchísimo mas luminosa que el Sol en los rayos X.

Los fotones de rayos X ionizan el gas que hay en el tubo y los electrones libres producto de la ionización crean una corriente que se puede medir. Como gas se emplea argón y otros gases nobles como kriptón o xenón porque no interfieren con los electrones liberados.

Debido a que los distintos tipos de fotones o de partículas tienen distinta penetrabilidad, es posible blindar el “receptor” para que solo detecte de un tipo.

1972: Satélite UHURU

Resolución angular de 0.5 X 5 grados.

Catálogo de 339 fuentes

Cuatro tipos principales:

Binarias de rayos X

Núcleos de galaxias activas

Supernovas

Cúmulos de galaxias

En todas estas fuentes es gas a millones de grados Kelvin el que produce los rayos X.

Binarias de Rayos X

Núcleos de galaxias activas

¿Porqué son tan calientes los discos alrededor de objetos compactos?

Supongamos una masa m que rota cuasi-Keplerianamente alrededor de una masa M

R

GMmVmE 2

2

1

RmV

RGMm 2

2

RGMm

E21

Energía total = cinética + gravitacional

En órbita circular (o sea, cuasi-Kepleriana):

Fuerza de atracción gravitacional = fuerza centrífuga

Mientras más cerca del centro, más negativa, o sea que tiene que radiar esa energía.

R

GMmE

2

1

22.0 cmE

Lo primero que hay que hacer notar es que:

Es una cantidad enorme de energía si el cuerpo central es una estrella de neutrones o un hoyo negro. Tomando M = 3 M(Sol) y R = 10 km,

O sea, que se produce energía por gramo de materia que cae comparable con la aniquilación materia-antimateria.

tR

RGMm

tE

221

RRT 22 24 4/1

38

RmGM

T

Ahora, si igualamos la energía producida por unidad de tiempo en un anillo del disco:

con la energía electromagnética radiada por unidad de tiempo por anillo del disco:

Obtenemos la temperatura del disco como función del radio y otros parámetros:

= 10**-6 M(Sol)/año m

Para M = 3 M(Sol), R = 10 km, y

la temperatura de disco alcanza 65 millones de grados Kelvin. Esto emite en los rayos X.

Chandra HST

Cúmulos de galaxias

Abell 2390

MS2137.3-2353

¿Qué causa las altas temperaturas en las supernovas y cúmulos de galaxias?

Choques de alta velocidad. Gas moviéndose a cientos o miles de kilómetros por segundo produce altas temperaturas si es chocado.kTvm

23

21 2

kmv

T3

2

Para m = masa del protón y v = 1,000 km/s,

Obtenemos una temperatura de 40,000,000 K.

Hasta los años 1960s la resolución angular de los telescopios de rayos X era muy mala.

Esto se debía a que los rayos X no rebotan en un espejo, sino que lo penetran.

Sin embargo, los rayos X sí rebotan cuando llegan al espejo casi rasantes.

Giacconi propuso el concepto de los espejos cilíndricos embebidos en los que los rayos X llegaban rasantes.

El primer telescopio de rayos X se utilizaría en la misión “Einstein”

Esquema del observatorio “Einstein” (HEAO 2)

Uno de los tres telescopios del observatorio XMM-Newton.

58 espejos rasantes anidados.

Angulo de incidencia = 0.5 grados.

Cubiertos de oro

Para los rayos g el efecto es tan limitante que ya ni los espejos de inc

idencia rasante sirven y hay que recurrir a otras técnicas para hacer telescopios.

El observatorio de rayos X Chandra alcanza resolución angular de 1” (equivalente a la de un telescopio óptico terrestre) y demuestra que muchos cuerpos astronómicos son fuentes de rayos X

Visión artística de Chandra en el espacio

Se han mandado a través de los años docenas de satélites para el estudio de los rayos X y los rayos g