Guía docente de Radioastronomía (M53/56/4/5)

Curso 2022/2023
Fecha de aprobación por la Comisión Académica 16/07/2022

Máster

Máster Universitario en Física y Matemáticas - Fisymat

Módulo

Módulo I: Astrofísica

Rama

Ciencias

Centro Responsable del título

International School for Postgraduate Studies

Semestre

Primero

Créditos

6

Tipo

Optativa

Tipo de enseñanza

Presencial

Profesorado

  • Daniel Espada Fernández
  • Angela Gardini

Tutorías

Daniel Espada Fernández

Email
Anual
  • Martes 11:30 a 13:30 (Despacho 11)
  • Miercoles 11:30 a 13:30 (Despacho 11)
  • Miércoles 11:30 a 13:30 (Despacho 11)
  • Jueves 11:30 a 13:30 (Despacho 11)

Angela Gardini

Email

Breve descripción de contenidos (Según memoria de verificación del Máster)

  • Técnicas observacionales e instrumentación astronómica (telescopios, instrumentos, detectores).

  • Peculiaridades en función del rango espectral, desde el infrarrojo a los rayos gamma ultraenergéticos.

  • Procesos físicos de emisión y absorción.

  • Campañas observacionales (preparación y obtención de datos). Manejo de archivos astronómicos. Tratamiento de datos.

Prerrequisitos y/o Recomendaciones

Competencias

Competencias Básicas

  • CB6. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
  • CB7. Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
  • CB8. Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.
  • CB9. Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.
  • CB10. Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

Resultados de aprendizaje (Objetivos)

El alumno sabrá/comprenderá:

  • Los fundamentos teóricos y técnicos de la radioastronomía

  • Las técnicas observacionales en radioastronomía, tanto con antena única como con interferómetros

  • La función que desempeñan la resolución angular y la sensibilidad en las observaciones astronómicas.

  • Los distintos mecanismos de emisión de ondas de radio en el cosmos.

  • Los escenarios astrofísicos donde la radioastronomía tiene un papel relevante: medio interestelar, radio-supernovas, púlsares, agujeros negros, núcleos de galaxias activas.

El alumno será capaz de:

  • Resolver casos prácticos de obtención de parámetros físicos a partir de resultados de observaciones de Radioastronomía

  • Procesar datos sencillos de antenas únicas e interferómetros.

  • Preparar propuestas de observación a radiotelescopios

 

Programa de contenidos Teóricos y Prácticos

Teórico

 

1. Introducción a la astrofísica de ondas de radio

  • El espectro electromagnético.
  • Aspectos diferenciales de la observación en ondas de radio en comparación con otros rangos.
  • Historia de la Radioastronomía.
  • Principales logros científicos.

 

2. Radiotelescopios

  • Observables en Radioastronomía. Patrón del haz, intensidad, densidad de flujo, temperatura de brillo, temperatura de antena.
  • El radiotelescopio de antena única. Antenas, poder de resolución, temperatura de sistema, calibración, métodos de observación.
  • Receptores. Amplificadores de bajo ruido, heterodinaje, bolómetros.
  • Espectrómetros.
  • Interferometría. Función de visibilidad, teorema de van Citter-Zernike, haz primario, muestreo de visibilidades, desconvolución, calibración.
  • Interferometría de muy larga base.

 

3. Procesos radiativos en Radioastronomía

 

  • Transporte radiativo. Ecuación del transporte radiativo. Coeficientes de emisión y de absorción. Temperatura de brillo. Temperatura de excitación. Perfil de líneas espectrales. Equilibrio termodinámico local. Coeficientes de Einstein. Opacidad y densidad columnar. Transiciones colisionales. Termalización.
  • Procesos térmicos
  1. Emisión de continuo libre-libre. Coeficiente de absorción. Medida de emisión. Espectro de una región HII homogénea. Tasa de fotones ionizantes y esfera de Strömgren. Cálculo de parámetros físicos de una región HII homogénea. Espectro de vientos estelares ionizados.
  2. La transición de 21 cm del HI. Obtención de parámetros físicos de nubes de HI.
  3. Emisión térmica de los granos de polvo en el medio interestelar. Opacidad en el rango mm-submm. Cálculo de masas.
  4. Transiciones moleculares.
  5. Aproximación de Born-Oppenheimer. Transiciones electrónicas, vibracionales y rotacionales. Transiciones rotacionales de moléculas diatómicas. La molécula de CO. Obtención de parámetros físicos de nubes moleculares a partir del CO.
  • Procesos no térmicos.
  1. Emisión máser. Concepto. Especifidad y utilidad respecto a otros tipos de emisión. Inversión de población. Amplificación. Regímenes y condiciones. Fuentes de emisión máser.
  2. Radiación sincrotrón, radiación inverso Compton. Radiación sincrotrón de una partícula cargada. Radiación sincrotrón de una distribución de particulas cargadas. Espectro sincrotrón. Radiación Compton. Radiación Inverso Compton. Espectro Inverso Compton. Evolución del espectro de una fuente emisora no-térmica.

 

4. Escenarios astrofísicos para la Radioastronomía

  • Medio interestelar

  1. Nuestra Galaxia. Componentes del medio interestelar.
  2. El gas atómico de la Galaxia. Distribución y propiedades de las nubes de HI.
  3. Regiones HII. Tipos de regiones HII. Distribución y propiedades.
  4. Emisión de polvo en torno a objetos estelares en formación.
  5. Moléculas en el medio interestelar. Distribución y propiedades de las nubes moleculares en la Galaxia.
  6. Formación estelar en nubes moleculares. Etapas de la formación estelar. Modelos de colapso y formación estelar. Discos protoplanetarios. Formación de estrellas masivas.
  7. Estrellas evolucionadas. Nebulosas planetarias.
  • Radio supernovas. Tipos de supernovas. Radio supernovas. Radio Supernovas de Colapso Nuclear. Radio emisión de las supernovas termonucleares. Espectro y evolución de las radio supernovas. Remanentes de supernova
  • Púlsares y radioestrellas. Radio Estrellas. Mecanismos de Emisión. Tipos de Radio Estrellas.Púlsares. Mecanismos de emisión. Pulsares binarios. Púlsares dobles. Púlsares comolaboratorios de Física Fundamental.
  • Galaxias: formación estelar y núcleos activos.Galaxias starburst. Tasa de formación estelar. Función inicial de masas. Radio supernovas como trazadores de formación estelar. Galaxias sctivas (AGN). Agujeros negros supermasivos. Jets relativistas. Acrecimiento versus formación estelar. AGNs de baja luminosidad. El Centro Galáctico.
  • Sistema Solar. Componentes de la emisión en radio del Sol. Emisión de radio de planetas y cometas.

 

Práctico

  • Preparación de propuestas.
  • Acceso a bases de datos.
  • Métodos de reconstrucción de imágenes en radio.
  • Observación y reducción de datos.

Bibliografía

Bibliografía fundamental

Condon, J.J., Ransom, S. M., 2016, "Essential Radio Astronomy", Princeton University Press

Burke, B.F., Graham-Smith, F., 1997, "An introduction to Radio Astronomy", Cambridge University Press

Estalella R., Anglada G., 2008, "Introducción a la física del medio interestelar", Edicions Universitat de Barcelona

Kraus, J. D., 1986, “Radio Astronomy”, Cygnus-Quasar Books

Pacholczyk, A.G., "Radio Astrophysics", Ed. W.H. Freeman and Company

Rybicki, G.B., Lightman A.P., 1979, "Radiative Processes in Astrophysics", John Wiley & Sons

Spitzer, L. 1978, "Physical processes in the interstellar medium", John Wiley & Sons

Thompson, A.R., Moran, J.M., Swenson, G.W., 2001, “Interferometry and Synthesis in Radio Astronomy”, Wiley & Sons

Verschuur,G.L., Kellermann, K.I. (editors), 1991, “Galactic and Extragalactic Radio Astronomy”, Springer

Wilson, T.L, Rohlfs, K, Huttemeister, S, 2013, “Tools of Radio Astronomy”, Springer

Metodología docente

Evaluación (instrumentos de evaluación, criterios de evaluación y porcentaje sobre la calificación final.)

Evaluación Ordinaria

 

  • Valoración de las pruebas, ejercicios, prácticas o problemas realizados individualmente o en grupo a lo largo del curso. 25%

  • Realización, exposición y defensa final de informes, trabajos, proyectos y memorias realizadas de forma individual o en grupo. 35%

  • Valoración de la asistencia y participación del alumno en clase y en los seminarios, y sus aportaciones en las actividades desarrolladas. 40%

Evaluación Extraordinaria

  • Realización, exposición y defensa final de informes, trabajos, proyectos y memorias realizadas de forma individual. 100%

Evaluación única final

  • Realización, exposición y defensa final de informes, trabajos, proyectos y memorias realizadas de forma individual. 60%

  • Examen de contenidos del temario. 40%

Información adicional