en nuestro país… la investigación y las ingenierías han estado tradicionalmente separadas. esto...

En nuestro país…En nuestro país…

• La investigación y las ingenierías han estado tradicionalmente separadas.

• Esto contrasta con lo que ocurre en los países desarrollados, en los que hay una colaboración intensa.

• Los ingenieros construyen nuevos instrumentos que permiten a los científicos encontrar nuevo conocimiento de la Naturaleza, lo cual permite construir mejores instrumentos y así sucesivamente…

Posgrado en Astronomía en la UNAMPosgrado en Astronomía en la UNAM• Tres sedes: Distrito Federal,

Ensenada, y Morelia• Cuatro especialidades: Astrofísica Observacional Astrofísica Teórica Astrofísica de Partículas y

Campos Instrumentación Astronómica

Centro de Radioastronomía y Astrofísica, UNAMCentro de Radioastronomía y Astrofísica, UNAMCampus Morelia Campus Morelia Dirección de tesis de licenciatura Dirección de tesis de licenciatura Maestría y Doctorado en Astronomía Maestría y Doctorado en Astronomía www.crya.unam.mx www.crya.unam.mx

¿Qué es la Radioastronomía?

Luis F. Rodríguez Centro de Radioastronomía y Astrofísica, UNAM Campus Morelia y El Colegio Nacional

Karl Jansky:1932

ALMA: 2012

¿Qué es la Radioastronomía?

• Un poco de historia y antecedentes.

• La radioastronomía y la astronomía multifrecuencia.

• Radioastronomía y las ingenierías.

• El futuro de la radioastronomía en México y en el mundo.

Temas:

En 1609 Galileo fue el primero en utilizar el telescopio para estudiar la luz proveniente de los astros…

Desde entonces el progreso en la astronomía ha dependido de los desarrollos en instrumentación.

James Clerk Maxwell (1831-1879), físico escocés que descubre que la luz es sólo parte de un fenómeno más amplio: la radiación electromagnética.

La radiación electromagnética está formada por ondas de una longitud característica

cPara las ondas electromagnéticas:

= longitud de onda

= frecuencia

c = velocidad de la luz

Se utiliza frecuencia y longitud de onda de manera indistinta.

Infrarrojo

Ultravioleta

Rayos Rayos X UV Visible Infrarrojo Radio

Las predicciones de Maxwell son comprobadas por Heinrich Hertz, quien en 1888 logra producir y detectar ondas de radio

12123101 HzcmsergJy

Karl Jansky c. 1932

Un radiotelescopio moderno

¿Porqué estudiar otras ondas (además de las visibles) del espectro

electromagnético?

¿Porqué estudiar otras ondas (además de las visibles) del espectro

electromagnético?

• Porqué hay objetos que solo emiten uno de los tipos de onda.

• Aún los que emiten luz y otro tipo de onda, se pueden ver muy distintos, por ejemplo, en ondas de radio…

RADIO

VISIBLE

Hidrógeno Neutro en Galaxias

• NGC 6946

• En gris vemos las estrellas.

• En azul vemos la emisión de la línea de 21 cm del hidrógeno neutro.

• El hidrógeno está mucho más uniformemente que las estrellas.

Observaciones de la línea de 21 cmMuchas veces se encuentran cosas inesperadas…

Optical image of M81 Group (DSS)

Corrientes de gas entre las galaxias interactuantes

Grandes descubrimientos

• A través de los años, se han entregado cuatro Premios Nobel de Física a radioastrónomos…

1974: Antony Hewish y Martin Ryle1974: Antony Hewish y Martin Ryle

Descubrimiento de los pulsares Descubrimiento de los pulsares

Técnica de la síntesis de aperturaTécnica de la síntesis de apertura

1993: Russell A. Hulse y Joseph H. Taylor Jr.1993: Russell A. Hulse y Joseph H. Taylor Jr.

Descubrimiento del pulsar binarioDescubrimiento del pulsar binario

1978: Robert W. Wilson y Arno Penzias1978: Robert W. Wilson y Arno Penzias

Descubrimiento de la radiación cósmica de Descubrimiento de la radiación cósmica de fondofondo

2006: John Mather y George Smoot 2006: John Mather y George Smoot Descubrimiento de la forma de cuerpo negro y de la Descubrimiento de la forma de cuerpo negro y de la anisotropía de la radiación cósmica de fondoanisotropía de la radiación cósmica de fondo

De hecho…

• El descubrimiento de la radiación cósmica de fondo resultó del estudio de un problema de telecomunicaciones.

1960: Echo 1

1960: Echo 1

Clases de radiotelescopios

• Básicamente, los radiotelescopios vienen en dos variedades: antenas solas o interferómetros

Antena sola

Ventajas de una Antena Sola

Relativamente sencilla

Puede utilizar amplificadores relativamente sencillos (los llamados bolómetros)

Trayecto señal:

Trayecto de la señal

Filtro MultiplicadorAmplificador de bajo ruido

Oscilador Local

Amplificador de Frecuencia IntermediaEspectrómetro

más Registro y Procesamiento

Bolómetro de 1–‘pixel’

• La radiación es interceptada, el material absorbente se calienta, y el cambio de temperatura es medido por el termistor.

enlace térmico

cables

Reservorio frío a baja temperatura

absorbente

termistorradiación

¡La resolución angular de un radiotelescopio sólo es modesta, comparable a la del ojo humano! ¿Cómo mejorar esto?

Resolución Angular = Longitud de Onda/Diámetro del Plato

Very Large Array

Interferómetro

Ventajas de un interferómetro

Mayor resolución angular

Producen imágenes de millones de pixeles

Sustituyen al acero con la electrónica

Obtienen posiciones de enorme precisión

Pero, son más complejos y requieren de detectores que conserven la información de la fase de la señal electromagnética (por ejemplo, HEMTs).

Emisión sincrotrónica

• Electrones de muy alta velocidad (relativistas) en un campo magnético emiten la llamada radiación sincrotrónica que generalmente sólo se puede “ver” (o sea detectar) en la ventana de radio.

• Es la radiación que detectaron Jansky y Reber, proveniente del plano de la Galaxia.

Radiación sincrotrónica

Radiogalaxia Fornax A

Radio

Emisión de polvo caliente

• El “polvo” existente en distintos objetos cósmicos emite radiación que se puede “ver” (o sea detectar) en la ventana de radio.

• Sirve, por ejemplo, para ver los discos alrededor de las estrellas en formación.

Paradigma actual de la formación estelar

Emisión del polvo de un disco que formará planetas

¿Disco compacto?

¿Cuál es en realidad el mayor logro de la radioastronomía?

• Más allá de las contribuciones científicas específicas, la radioastronomía convenció a la comunidad astronómica de que valía la pena observar al Universo afuera de los límites de la ventana visible…

La Astronomía Multifrecuencia

La Radioastronomía en México

Alrededor de 12 observadores y 6 teóricos (hay sólo como 150 astrónomos profesionales trabajando en México).

Hasta ahora, todas las observaciones se han hecho en observatorios de otros países que están “abiertos” a usuarios externos.

Hay dos grandes proyectos en desarrollo:

Gran Telescopio Milimétrico (INAOE)

Colaboración con el EVLA y ALMA (UNAM)

Gran Telescopio Milimétrico o Large Millimeter Telescope: un proyecto del INAOE y la U. de Massachusetts

Atacama Large Millimeter Array = ALMA

Atacama Large Millimeter Array

• Ubicado en Chajnantor, Chile en el desierto de Atacama a 5,000 metros de elevación.

• 64 antenas de 12 metros de diámetro cada una, más arreglo japonés.

• Financiamiento de EUA (350 M$), Europa (350 M$), y Japón (300 M$).

• Los astrónomos de México tendrán acceso competitivo a ALMA gracias a un proyecto de CONACyT (Campos Nuevos).

• El objetivo principal de ALMA será ayudar a entender el Universo Frío: la formación de galaxias en el pasado y la formación de estrellas y planetas en el pasado y en el presente.

• Los procesos de formación pueden entenderse mejor en las ondas milimétricas y submilimétricas.

• ALMA será extremadamente versátil y podrá atacar una gran variedad de problemas astronómicos.

• Se esperan primeros resultados a fines de 2011 y funcionamiento completo en 2012.

Radioastronomía e Ingenierías

• Ingeniería mecánica: diseño y construcción de los radiotelescopios.

• Ingeniería electrónica: diseño y construcción de los receptores y de la electrónica asociada.

• Ingeniería en computación: registro y manejo de grandes volúmenes de datos.

Conclusiones

• La radioastronomía tiene un futuro prometedor en nuestro país.

• Después de la radioastronomía comienza a haber en México astrónomos trabajando en la astronomía de rayos X y rayos gama, así como en rayos cósmicos, neutrinos, y ondas gravitacionales.

• México trata de mantener una actividad moderna y relevante en el mundo cada vez más competitivo de la astronomía en particular y la ciencia en general.

Muchas gracias por su atención www.astrosmo.unam.mx

La Ventana de Radio

Va de longitudes de onda desde 20 m a 0.3 mm (¡un factor de casi 10,000!). En contraste, la ventana óptica va de 0.8 a 0.4 m (un factor de sólo 2). => Uno no puede observar toda la ventana de radio con el mismo tipo de radiotelescopio.

¿Y si queremos mayor resolución angular?

Interferometría de Base Muy Larga•Se puede obtener aún más resolución angular con esta técnica, 0.0001”.•Esto porque la resolución angular de un interferómetro va como (longitud de onda)/(separación máxima).•No siempre es aplicable, la fuente tiene que ser muy compacta e intensa (procesos de emisión no-térmicos).•Con esta técnica se pueden medir muchos efectos sutiles, como la paralaje.