Download Tópicos teóricos en el estudio de objetos compactos en la Galaxia

Introducción a la Astrofísica de muy Altas Energías
Gustavo E. Romero
Descripción general
Se trata de un curso de 20 horas diseñado para introducir al alumno en los conceptos
básicos de la astrofísica de muy altas energías. No se presuponen conocimientos previos en
el tema.
El curso se inicia con una descripción de la fenomenología básica de las partículas
elementales según el modelo estándar, para luego discutir cómo algunas partículas pueden
ser aceleradas hasta grandes energías. A continuación de esta parte introductoria se
exponen los principios básicos de los diferentes procesos radiativos a los que las
interacciones de esas partículas pueden dar lugar. Se discutirán diferentes escenarios
astrofísicos en los cuales los mecanismos descriptos pueden operar, así como los procesos
de absorción de la radiación gamma.
El siguiente módulo del curso estará dedicado a los instrumentos que pueden detectar y
medir radiación gamma, con énfasis en observatorios y detectores actualmente en
funcionamiento.
Finalmente, el curso se cierra con una descripción de algunos sistemas astrofísicos
concretos que pueden generar fotones gamma, incluyendo objetos compactos con acreción,
pulsares, remanentes de supernova, y eruptores de rayos gamma.
Se pretende dar una visión global del campo de investigación así como de algunas de las
herramientas que utiliza el investigador para resolver problemas concretos. Se priorizará la
introducción de conceptos nuevos en un marco lo suficientemente amplio como para
permitir por parte del alumno una rápida asociación con tópicos ya conocidos de los cursos
básicos de grado.
Programa
1. Partículas elementales. Modelo estándar. Quarks. Leptones. Fuerzas fundamentales.
Interacciones. Decaimientos. Estudio experimental de las partículas elementales.
Aceleradores. Detectores.
2. Aceleración de partículas cargadas. Movimiento de una partícula en un campo
electromagnético. Aceleración en campos intensos. Mecanismos de aceleración difusiva.
Mecanismo de Fermi. Aceleración en ondas de choque astrofísicas. Ejemplos.
3. Procesos radiativos I. Conceptos básicos. Radiación térmica de altas energías.
Radiación sincrotrón. Radiación de curvatura. Radiación Cherenkov. Radiación Compton
inversa.
4. Procesos radiativos II. Bremsstrahlung relativista. Radiación gamma por interacciones
hadronicas. Emisión por decaimiento de piones neutros. Radiación por secundarios del
decaimiento de piones cargados. Radiación por procesos foto-hadronicos. Producción de
neutrinos.
5. Absorción. Absorción de fotones por núcleos. Absorción fotón-fotón. Cálculo de
opacidades en distintas condiciones astrofísicas. Absorción en un campo magnético intenso.
6. Detectores. Telescopios Cherenkov. Técnicas de observación. Instrumentos satelitales:
energías bajas: 1-10 MeV, energías medias: 10-100 MeV, energías altas: 100 MeV-1000
GeV. Telescopios de neutrinos.
7. Fuentes astrofísicas. Sistemas binarios con objetos compactos. Pulsares. Remanentes de
supernova. Núcleos activos. Explosiones de rayos gamma.
Duración del curso, carga horaria y conocimientos
previos.
El curso será dictado en 3 semanas, con una carga horaria total de 20 horas, en tres clases
semanales de 2 horas más una clase final de conclusiones generales. .
Conocimientos necesarios: Electromagnetismo, relatividad especial, nociones de física
cuántica, astronomía general.
Bibliografía
1. Hillier, R., 1984, Gamma-Ray Astronomy, Clarendon Press, Oxford.
2. Ginzburg, V.L. & Syrovatskii, S.I., 1964, The Origin of Cosmic Rays, Pergamon
Press, Oxford.
3. Berezinskii, V.S. et al. 1990, Astrophysics of Cosmic Rays, North-Holland,
Amsterdam.
4. K.S. Cheng & G.E. Romero, 2004, Cosmic Gamma-Ray Sources, Kluwer Academic
Publishers, Dordrecht.
5. Weekes, T.C., 2003, Very High-Energy Gamma-Ray Astronomy, IoP, Bristol.
6. Schoenfelder, V. 2001, The Universe in Gamma Rays, Springer, Berlin.