Astronomía en la Próxima Década: Del Hubble al Telescopio

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Astronomía en la Próxima Década:
Del Hubble al Telescopio Espacial James Webb
Juan Rafael Martínez Galarza
Sterrewacht Leiden
Cátedra de Sede “José Celestino Mutis” - Noviembre 17 2009
1
Los temas de hoy
•
•
•
•
•
¿Qué es un telescopio espacial?
¿Por qué instalar un telescopio en el espacio?
¿Cuánto cuesta?.
El Telescopio Espacial Hubble hoy.
Herschel.
Un coloso frío en el espacio: El Telescopio Espacial
James Webb.
•
2
¿Qué es un telescopio espacial?
Ejemplos: Hubble, Spitzer, Herschel, Spitzer
Un telescopio espacial es
un satélite provisto con
un sistema óptico,
instrumentos de
medición, electrónica y
comunciaciones, capaz
de hacer observaciones
astronómicas dirigido
remotamente.
Hoy en día, los
telescopios espaciales son
construídos por
consorcios entre
naciones.
3
¿Por qué lanzar un telescopio al espacio?
1. Absorción Atmosférica
4
¿Por qué lanzar un telescopio al espacio?
2. Resolución
x
5
¿Por qué lanzar un telescopio al espacio?
3. Aislamiento Térmico
6
El costo de hacerlo
• Construir, Lanzar y operar el Telescopio Espacial James Webb
costará 4500 millones de dólares.
• Con esta cantidad se podria mantener a aproximadamente
500 mil familias en Colombia durante 1 año.
7
El Telescopio Espacial Hubble Hoy
Nuevos
instrumentos:
- WFC3
- COS
8
¿Cómo se gana en astronomía?
1010
106
1600
1700
1800
Rosse’s 72”
Herschell’s 48”
Short’s 21.5”
1609
Huygens
eyepiece
Slow f ratios
1665
HST
CCDs
1900
Mount Palomar 200”
Soviet 6-m
104
Mount Wilson 100”
1926
102
Adaptado de Cosmic
Discovery, M. Harwit
1796
Galileo
Mejora en la
sensitividad
con respecto
al ojo
Telescopio solo
Photography
108
Detección fotográfica y electrónica
Año de la Observación
2000
9
El Hubble y sus hermanos
10
Actualizando el Hubble
11
Instrumentos
Óptica
12
13
El Hubble nos enseñó….
14
Supernovas distantes
15
¿De qué está hecho el Universo?
16
Evolución galáctica y
la historia de la formación estelar en el universo
La tasa de formación
estelar tuvo un
máximo durante la
primera mitad de la
historia del Universo
Agujeros negros supermasivos en el centro de
las galaxias
19
20
Planetas extrasolares
21
22
3 Grandes
Observatorios
23
3 observatorios en el
futuro próximo
2014
2009
2009
24
El Telescopio Espacial Herschel
Agencia Espacial Europea
25
Herschel ha sido lanzado al espacio!
• Mayo 14, 2009
• 1.5 millones de
kilómetros de la Tierra
• Tiempo mínimo de
operación: 3 años
• Bajas temperaturas
• Infrarrojo lejano
26
Algunos datos
• Longitudes de onda de
operación: 55 a 673
micrómetros.
• 3 instrumentos: PACS, SPIRE,
HIFI.
• Cada instrumento está
diseñado para estudiar el
gas y polvo interestelar, a
diferentes temperaturas y
estados
27
Primeras Observaciones con Herschel
La galaxia espiral M51.
El espectáculo de la formación estelar
28
Herschel vs. Spitzer
29
Current status - 2
Science Exploitation
1Jul 2008
Göran L. Pilbratt
VG # 30
http://herschel.esac.esa.int/
Current status - 2
Science Exploitation
1Jul 2008
Göran L. Pilbratt
VG # 31
http://herschel.esac.esa.int/
Un coloso frio en el espacio
James Webb Space Telescope
1010
106
1796
1600
1700
1800
CCDs
1900
Mount Palomar 200”
Soviet 6-m
Rosse’s 72”
Herschell’s 48”
Galileo
102
Short’s 21.5”
1665
Mount Wilson 100”
104
1609
Adaptado de Cosmic
Discovery, M. Harwit
Grandes
telescopios
con
detectores
muy
sensibles
en el
espacio
1926
Huygens
eyepiece
Slow f ratios
Mejora en la
sensitividad
con respecto
al ojo
Telescopio solo
Photography
108
Detección fotográfica y electrónica
HST
JWST
La sensitividad otra vez
Año de la Observación
2000
33
James Webb Space Telescope
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Espejo de 6.6m
Lanzamiento en 2014 hacia L2 en un
cohete Ariane 5.
Sucesor del Hubble y del Spitzer.
La óptica será desplegada en el
espacio
espacio..
Enfriamiento pasivo a < 50K.
Nombrado en honor del 2do
administrador de NASA
NASA + ESA + CSA
Lead: Goddard Space Flight Center
Operationes: STScI
Instrumentos (0.6-28 micrones):
• Near-Infrared Camera
• (Un. Arizona & Lockheed-Martin)
• Near-Infrared Multi-Object Spectrograph
• (ESA and NASA-GSFC)
• Tunable Filter Imager
• (CSA)
• Mid-Infrared Instrument
• (ESA and NASA-JPL)
34
¿Por qué
qué el infrarrojo?
•
•
•
•
Estados frios de la materia
Exploración del Universo escondido
Acceso a líneas espectrales
El Universo Temprano
35
JWST y sus predecesores
36
37
Long
Fairing
17m
Upper stage
Ariane V launch
Kourou, French Guiana
H155
Core stage
P230 Solid
Propellant
booster
Stowed Configuration
38
El Punto Lagrange 2
Video
39
El Final de la Era Oscura:
primera luz y reionización
reionización
… identifcar las primeras fuentes luminosas que se
formaron y determinar la historia de ionización del
Universo.
Hubble Ultra Deep Field
40
Las primeras galaxias
• Pequeñas y opacas
• Su luz se ha corrido hacia
Zoom in to Hubble Ultra Deep Field
el infrarrojo
• Conformadas por estrellas
• Observaciones:
masivas de baja
– Campo ultra-profundo en
metalicidad.
el IR
– SNe! GRBs!
– Espectroscopía en el IR
41
¿Cu
¿Cuáándo ocurri
ocurrió
ó la re-ionización?
42
El Ensamblaje de las Galaxias
… determinar ccómo
ómo han evolucionado las galaxias y la materia
oscura, gas, estrellas merales, estructuras morfol
morfológicas
ógicas y núncleos
activos en su interior desde la época de reionización hasta el
presente.
M81 by Spitzer
43
¿D
¿Dónde
ónde y cuándo se formó la sequencia de Hubble
Hubble??
¿C
¿Cómo
ómo se formaron los elementos pesados
pesados??
• El ensamblaje de galaxias es un
proceso de colisiones
gravitacionales
• Los componentes de las galaxias
son variados en edad y
composici
composición.
ón.
• Observaciones:
– Im
Imágenes
ágenes de NIRCam
– Espectros de miles de
galaxias
44
El Nacimiento de Estrellas
y Sistemas Protoplanetarios
… revelar el nacimiento y evoluci
evolución
ón temprana de las
estrellas desde el colapso inicial, pasando por las protoestrellas
rodeadas de polvo, hasta el inicio de sistemas planetarios.
David Hardy
45
¿Cómo colapsa una nube protoestelar?
• Las estrellas se forman en pequeñas
regiones que colapsan
gravitacionalmente al interior de
grandes nubes moleculares.
• En el infrarrojo, podemos observar a
trav
través
és de éstas densas nubes de gas y
polvo.
• Las jjóvenes
óvenes estrellas comienzan a
brillar dentro de éstas nubes, y
revelan una estructura en densidad y
temperatura.
• Observaciones:
– Im
Imágenes
ágenes profundas en el IR
cercano y lejano de nubes
moleculares y protoestrellas
Barnard 68 en el infrarojo
46
¿Cuál es la relación entre el medio ambiente y el
proceso de formación estelar?
• Las estrellas masivas producen
vientos y radiaci
radiación
ón
– Esto puede detener o instigar la
formaci
formación
ón de otras estrellas
• La separaci
separación
ón entre pequeñas enanas
marrones y planetas gigantes no está
bien defnida.
– ¿Procesos diferentes? ¿Continuo?
• Observaciones:
– Cat
Catálogo
álogo de nubes densas y
zonas de formación estelar
La Nebulosa del Águila vista en el infrarrojo
47
Sistemas Planetarios
y el Origen de la Vida
… determinar las propiedades ffísicas
ísicas y
químicas de los sistemas planetarios, incluido el
nuestro, e investigar el potencial para el origen de
la vida en éstos sistemas.
Robert Hurt
48
¿Cómo se forma un planeta?
• Planetas gigantes
podrían ser una señal
del proceso que
produce planetas
como la Tierra.
• El disco primordial
del Sistema Solar se
encuentra ahora en
planetas, lunas,
asteroides y cometas.
• Observations:
Co
Coronagrafa
ronagrafa de exoplanetas
– Tránsitos
– Comparar el espectro de cometas y discos circumestelares.
49
The Mid-InfraRed Instrument (MIRI)
50
José Celestino Mutis
“...inició la formación de un
grupo intelectual distinto y
separado compuesto de
jóvenes que se veían a sí
mismos no sólo como
científcos dedicados a la
búsqueda del conocimiento
per se, sino como un grupo
que aceptó la responsabilidad
de mejorar la sociedad en que
vivían.”
Anthony McFarlane
51
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