Xavier Barcons

1
LAstronomia del Segle XXI

• Xavier Barcons
• Instituto de Física de Cantabria (CSIC-UC)

2
Visiteu
www.astronomia2009.es
3
LAstronomia davui

• Concepte ampli
• Observacions astronòmiques (multi-banda, des de
  la Terra i des de lespai)
• Teoria i computació
• Expedicions in-situ a lespai
• Forta relació amb la Física, la Química, la
  Geologia, la Biologia, etc.
• Internacional, amb tendència a la globalització
• Competitiva i cooperativa
• Molt atractiva per al gran públic

4
Avui parlarem de...

• Fites i progressos de lAstronomia recent
• Les eines de lAstronomia europea actual
• ESO (Organització Europea per a la recerca
  astronòmica a lhemisferi austral)
• Ciència a la ESA (Agència Europea de lEspai)
• El futur de lAstronomia
• Les grans qüestions
• Els grans observatoris
• Conclusions

5
1. Fites i progressos de lAstronomia recent
6
Al darrer segle

• Hem après com funcionen les estrelles com el Sol,
  reactors nuclears de fusió
• Sabem que lUnivers és molt mé gran que la
  nostra Galàxia
• Sabem que lUnivers està en expansió, i que
  començà amb una gran explosió
• Hem enviat naus i sondes a la Lluna i altres
  planetes
• Tenim observatoris molt sensibles a Terra i a
  lespai

7
(Algunes) fites dels darrers 15 anys

• Planetes al voltant daltres sols
• Finalment comprenem el nucli del Sol
• Forats negres al descobert
• LUnivers està dominat per Energia Fosca

8
Planetes al voltant daltres estrelles
9
Com detectar-los?

• El Sol és mil milions de vegades més brillant que
  la Terra. Com podríem veure la Terra des de molt
  lluny?

10
Descobriment dun munt dexo-planetes
1995 M. Mayor i D. Queloz descobreixen el
planeta 51 Peg B pels moviments de lestrella 51
Peg A
340 exo-planetes descoberts (Oct-2008)
http//exoplanet.eu/
11
Les super-terres
Gliesse 581 c Un planeta amb massa 5 vegades
més gran que la Terra i temperatura 0-40 graus
Udry, Mayor i daltres (2007)
12
Corot-Exo-7b

• Planeta de dimensions semblants a la terra només
  1,4 vegades més gran
• Malauradament orbita al voltant duna estrella
  semblant al Sol, i és molt prop seu
• Temperatura superficial 1000-1500 graus
• Un any dura 20 dies

13
El Sol, un gran desconegut
14
Comprenem el Sol?

• Problema El Sol produeix neutrins al seu
  interior PERÒ només en detectem el 30 dels que
  prediuen els models físics

15
Els neutrins tenen massa!

• Postulats por W. Pauli als anys 30, per a
  explicar la pèrdua aparent denergia a la
  desintegració ?.
• Detectats lany 1953
• Massa molt petita, sense càrrega elèctrica, molt
  difícils de detectar i en 3 gustos
• ?e, ??, ??

?e?? ? 11
?e?? ? 12
El gust dels neutrins varia al passar per la
Terra, degut a la seva massa

• Problema dels neutrins solars només en rebem 1/3
  dels ?e esperats. Potser canvien de gust durant
  el camí?

?e?? ? 12
16
Oscillacions del gust dels neutrins

• SNO Detector daigua pesada, que permet mesurar
  el flux solar de tots els gustos de neutrins
• El flux total de neutrins és consistent amb els
  models solares
• El flux de neutrins electrònics és només 1/3 del
  total

Sí que entenem linterior del Sol, però ens costa
detectar 2/3 dels neutrins que produeix el seu
nucli
17
Forats Negres, al descobert
18
Forats Negres

• Astres molt compactes, on la força de la gravetat
  és tan forta que ni tan sols deixa escapar la
  llum.
• La matèria que cau a un Forat Negre emet radiació
  (llum) i després no torna a sortir

19
Forats Negres al descobert
Efectes dun forat negre sobre la emissió de
raigs X pels àtoms de ferro efecte Doppler i
pèrdua denergia per a poder escapar de la
gravetat del forat negre
La Teoria
La observació
20
Forats Negres al centre de totes les galàxies
Els centres de TOTES les galàxies giren massa
ràpid si només tenen les estrelles que es veuen.
Totes les galàxies tenen un forat negre al seu
centre, que conté un 0.2-0.4 de la massa del
bulb de la galàxia.
21
Un forat negre al centre de la nostra galàxia
Al centre de la Via Làctia hi ha un Forat Negre
de 3 milions de vegades la massa del Sol.
Eckart, Genzel i altres
22
De què és fet lUnivers?
23
La història de lUnivers

• LUnivers nasqué fa uns 14.000 milions danys,
  amb una gran explosió
• LUnivers està en expansió des daleshores totes
  les galàxies sallunyen unes daltres
• Però la matèria que veiem només és l1 del que
  hi ha a lUnivers

24
Lenergia fosca, component dominant de lUnivers
Noves observacions han trobat que lUnivers
sexpandeix acceleradament. Aquesta acceleració
no pot ser deguda a cap classe de matèria que,
ben al contrari, frena la expansió de lUnivers
25
LUnivers està farcit denergia fosca, que
laccelera
Energia Fosca?
Matèria Fosca?
26
2. Les eines de lAstronomia Europea

• ESO (Organització Europea per a la Recerca
  Astronòmica a lHemisferi Austral)
• Les missions científiques de la Agència Europea
  de lEspai (ESA)

27
European Southern Observatory (ESO)

• Nou nom Organització Europea per a la Recerca
  Astronòmica a lHemisferi Austral
• Organisme internacional Europeu, fundat lany
  1962, al que shi han adherit 14 estats europeus
  Alemanya, Àustria, Bèlgica, Dinamarca, Espanya
  (des de 2006), Finlàndia, França, Itàlia,
  Holanda, Portugal, Regne Unit, República Txeca,
  Suècia i Suïssa.
• Seu central a Garching (Alemanya), on hi ha la
  direcció administrativa i científica de
  lorganisme, laboratoris i serveis
• Observatoris Astronòmics a Xile

28
El Programa de ESO

• Observatori de La Silla-Paranal (LSP) en operació
• Seu de La Silla telescopis òptics de 2-4 m
• Seu de Paranal el VLT (Telescopi Molt Gran, 4
  unitats de 8m cadascuna), interferòmetre VLTI i
  telescopis de rastreig VST i VISTA.
• ALMA (Atacama Large Millimetre/Submillimetre
  Array) en construcció
• Interferòmetre al rang millimètric i
  submillimètric
• Collaboració entre Europa, Amèrica del Nord i
  Japó
• EELT (European Extremely Large Telescope
  Telescopi Europeu Extremadament Gran), en disseny
• Telescopi òptic i infra-roig de 40 m

29
Installacions de ESO
En funcionament
APEX
En construcció
30
La Silla

• Primera seu de ESO a Xile
• Telescopis dels estats, el telescopi
   Fundacional  de ESO i altres
• Enguany ESO manté operacions reduïdes a La Silla
  períodes llargs i sense plans de renovar la
  instrumentació.

31
(Cortesía F. Comerón)
32
Paranal

• Situat a Cerro Paranal,
• 2650 m daltura
• 4 x 8.2 m unitats que formen el VLT (telescopi
  molt gran)
• VLTI interferòmetre que pot fer servir les 4
  unitats del VLT i 4 telescopis auxiliars mòbils
  de 1.8 m cadascun
• Dos telescopis per a cartografiar el cel
• VST a lòptic
• VISTA a l'infraroig

33
(Cortesía F. Comerón)
34
VLT
35
VLTI
36
VISTA i VST
37
(No Transcript)
38
El centre de la Galàxia
Nebulosa del Cranc
Nana marron
Cúmul de galàxies
Galàxies en interacció
39
ALMA

• Interferòmetre amb 58 antenes de 12m de diàmetre
  8 antenes de 7m de diàmetre
• Al Pla de Chajnantor, Atacama Xile (5000 m)
• Resolució 10 mas
• Operació de 0.3 a 10 mm
• Objectius Científics
• Univers primitiu
• Molècules
• Formació destrelles i planetes
• Començament de les operacions 2012

40
(No Transcript)
41
APEX (Atacapa Pathfinder Experiment)

• Una sola antena en operació com a telescopi
  sub-millimètric a Chajnantor, des de 2007.

42
Observatoris a territori espanyol
Pico Veleta
Yebes
Teide
Sierra Nevada
Calar Alto
Roque de Los Muchachos
43
Gran Telescopio Canarias (GTC)

• Telescopi òptic segmentat de 10.4m de diàmetre,
  ubicat a lObservatorio del Roque de los
  Muchachos (La Palma). Propietaris
• Espanya (90), mitjançant els Governs central i
  de Canàries
• Mèxic (5), mitjançant la UNAM i lINAOE
• Universitat de Florida USA (5).

Primera llum 13 Jul 2007 En proves 2007/08 Dia
1 Març de 2009
44
Gran Telescopio Canarias (GTC)

• Mirall primari segmentat (36 miralls hexagonals)
• Mirall secundari molt lleuger per a poder operar
  a linfraroig tèrmic
• Instruments primera generació
• OSIRIS (espectrògraf òptic multi-objecte)
• CanariCam (espectrògraf a linfraroig tèrmic)
• Segona generació
• EMIR (espectrògraf infraroig multi-objecte)
• FRIDA (òptica adaptativa)

45
Primera llum GTC (13 Juliol 2007)
46
GTC avui

• En proves de cara a començar les primeres
  observacions científiques, lu de Març de 2009
• Telescopi més gran del mon
• Tecnologia de gran impacte de cara al futur
• Inauguració 24 de Juliol de 2009

47
El programa científic de la Agència Europea de
lEspai (ESA)
48
Agència Europea de lEspai

• Objectius Proporcionar i promoure la explotació
  de les ciències de lespai i les seves
  aplicacions.
• Organisme Internacional fundat lany 1957 al que
  shi han adherit 17 estats europeus Alemanya,
  Àustria, Bèlgica, Dinamarca, Espanya, Finlàndia,
  França, Itàlia, Holanda, Portugal, Regne Unit,
  Luxemburg, Irlanda, Grècia, Noruega, Suècia i
  Suïssa.
• El  programa científic  és participat per tots
  els estats, i representa un 15 del pressupost
  total de la ESA.

49
Solar Orbiter
2015
JWST
Bepi Colombo
2012
GAIA
LISA-PF
Herschel
PLANCK
2009
COROT
Venus Express
2005
Rosetta
Double Star
ESA
Integral
SMART-1
Mars Express
ESA/ NASA
XMM Newton
Huygens/ Cassini
Cluster II
ESA/ JAXA
SOHO/ Cluster
Ulyses
ISO
HST
Sol/STP Cometes, llunes i planetes
Observatoris Física fonamental
50
El Sol

• Ulysses (1990) Exploració dels pols del Sol, el
  vent solar, medi interplanetari i Júpiter.

• SOHO (1995) Estudi de linterior, latmosfera i
  la corona del Sol.

51
Lentorn de la Terra i el clima de lespai

• Cluster II (2000) Plasma al voltant de la Terra,
  interacció amb el vent solar, magnetosfera, cua
  magnètica de la Terra, etc.

• Double Star (2003).

52
Exploració de planetes i llunes

• Venus Express (Octubre 2005) Exploració de
  latmosfera de Venus i els seus efectes sobre la
  superfície

• SMART-1 (2003) Missió a la Lluna par a provar un
  nou sistema de propulsió elèctrica, buscar
  metalls a la Lluna i observar els pols.

53
Mars Express (2003)
54
Saturn i les seves Llunes Cassini/Huygens (1997)
55
Cometes

• Rosetta (2004, arribada lany 2014) Seguiment i
  aterratge al Cometa Churyumov-Gerasimenko.
  Anàlisi físic i químic in-situ del cometa

• Giotto (1986) Viatge al Cometa Halley, fins a
  500 km del nucli.

Pilae
56
Bepi-Colombo Excursió a Mercuri

• Enviar el 2013
• Dos satèllits (MPO i MMO) amb òrbites diferents
• Mapes de la superfície i estructura de la
  magnetosfera

57
El telescopi espacial Hubble lUnivers en alta
definició

• El telescopi espacial Hubble (HST) proporciona
  imatges al rang visible i ultraviolat, amb una
  gran resol.lució angular.
• Degut a això, ha aconseguit detectar les galàxies
  més llunyanes.

58
(No Transcript)
59
James Webb Space Telescope lhereu del Hubble
Telescopi a linfraroig proper i mig observar
les primeres galàxies que es formaren la història
de lUnivers.
60
Observant lUnivers primitiu
LUnivers fred Primeres estrelles, molècules,
etc.
Radiació còsmica de fons Leco de la gran
explosió
PLANCK
HERSCHEL
61
GAIA El mapa complert de la Galàxia

• Llançament 2012
• Mapa de la Galàxia en 6 dimensions posició i
  velocitat de gairebé 1 milió destrelles
• Com formà la
• Galàxia?

62
XMM-Newton Els forats negres i lUnivers calent
Observatori de raigs X més potent (1999) Rang
0.1-10 keV 30000 noves fonts cada any 2000
astrònoms
63
INTEGRAL LUnivers en raigs gamma
64
Observatoris Europeus
Roque (GTC)
Calar Alto
65
3. El futur de lAstronomia Europea

• Las grans preguntes
• Els grans observatoris

66
Objectius de la recerca en Astronomia per als
propers vint anys

• Science Vision
• ASTRONET

67
Entenem els extrems de l Univers?

• Com començà lUnivers?
• Què és la matèria fosca? Què és la energia fosca?
• Podem observar la gravetat forta en acció?
• Com funcionen les supernoves i les explosions
  còsmiques de raigs gamma?
• Com operen els forats negres?
• Què podem aprendre de lUnivers a partir de les
  radiacions energètiques i les partícules?

68
Com es formaren i com evolucionen les galàxies?

• Com sortí lUnivers de la era fosca?
• Com va evolucionar la estructura còsmica al
  passat?
• On samaguen els elements químics pesants?
• Com sajuntaren les galàxies?
• Com es formà la nostra pròpia galàxia?

69
Quin és lorigen i evolució de les estrelles i
els planetes?

• Com es formen les estrelles?
• Es formen igual a tot arreu?
• Què podem aprendre estudiant linterior de les
  estrelles?
• Quin és el cicle de vida de les estrelles i el
  medi interestellar?
• Com es formaren els sistemes planetaris?
• On es formen els planetes a la Galàxia?
• Com podem saber a quins planetes hi ha alguna
  classe de vida?

70
Quin és el nostre lloc?

• Què ens ensenya el Sol sobre la Astrofísica?
• Quin és lorigen de les variacions del Sol?
• Com influeix lactivitat Solar sobre la vida a la
  Terra?
• Quina és la història del Sistema Solar?
• Què podem aprendre de la exploració del Sistema
  Solar?
• On cal buscar vida dins del Sistema Solar?

71
Els grans observatoris
72
Qui-sap-los
IXO
EELT
LISA
SKA
73
El telescopi Europeu extremadament gran (EELT)

• ESO està dissenyant lEELT des de 2007.
• El disseny estarà llest a mitjans de 2010.

• Objectius científics principals
• Estudi dexo-planetes amb massa similar a la de
  laTerra
• Resoldre las poblacions estellars a galàxies
  properes.
• Cosmologia i evolució de galàxies.

74
EELT el concepte

• Concepte
• telescopi amb 5 miralls,
• Optimitzat per a linfraroig,
• Amb òptica adaptativa,
• Mirall primari segmentat de 42 m (1000 hexàgons)
• Encara per decidir on va
• Vizcachas (Xile), Ventarrones (Xile), Macón
  (Argentina)
• La Palma o Aklim (Marroc)
• Cost aproximat 1000 Milions dEuros

75
4. Conclusions

• LAstronomia té, a principis del segle XXI, una
  vitalitat impressionant.
• Els objectius científics de la recerca
  Astronòmica han canviat i sestan revisant
  constantment.
• Els projectes per a les properes dècades són molt
  ambiciosos.
• Les infraestructures que sestan preparant són
  molt costoses.
• La collaboració internacional és essencial.
• Per a seguir avançant en la comprensió dels
  misteris de lUnivers, necessitem el recolzament
  i la complicitat de la societat.

76
Gaudiu de lAny Internacional de lAstronomia
77
LISA Observatorio de Ondas Gravitatorias

• Interferómetro de tres satélites en caida libre
• Misión de prueba tecnológica (LISA-PF) 2009
• Lanzamiento 2014

78
Exploración del Sistema Solar
LaPlace EL sistema Joviano
TANDEM Titán y Enceladus
79
XEUS Estudiando el Universo caliente en evolución
80
Telescopio(s) extremadamente grandes - ELTs

• Telescopios gigantes
• (30-100m)
• Espejos segmentados (actuadores, etc.)

• Colaboración tecnológica internacional
• En Europa, liderado por ESO
• Proyecto de la CE ELT Design Studies 2005-09.

81
Midiendo la Materia Oscura y la Energía Oscura
DUNE - SPACE
82
Square Kilometre Array - SKA

• Colección de antenas de radio, sumando cerca de
  un kilómetro cuadrado de área colectora
• Interferómetro, con un gran número de antenas
  sobre un gran rango de líneas de base
• Proyecto internacional, con colaboraciones de los
  5 continentes

83
La Astronomía en España
84
La Astronomía en España

• Disciplina joven y emergente
• se ha multiplicado por 20 en 30 años
• Actualmente tiene más de 500 investigadores y
  unos 150 técnicos.
• Infraestructuras importantes (GTC, Yebes) y
  participación en proyectos internacionales (ESA,
  ESO).
• Alrededor del 6 de las publicaciones científicas
  en Astronomía en todo el mundo, provienen de
  España (en otras áreas científicas, sólo el 3)

85
Organismos/centros con proyectos de investigación
en Astronomía
86
Algunas peculiaridades...
Informe sobre la Astronomía Española 1999-2002
(SEA)
87
Publicaciones científicas de la Astronomía
española
88
Publicaciones 2004-2006en Astronomíapor
Organismos
Organismo Publicaciones
Consejo Superior de Investigaciones Científicas 500
Instituto de Astrofísica de Canarias 474
Universitat de Barcelona 108
Universitat de València 79
Universidad de La Laguna 75
Universidad Complutense de Madrid 67
Universidad de Cantabria 55
Universitat Politècnica de Catalunya 54
Institut dEstudis Espacials de Catalunya 48
Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial 47
Universidad Autónoma de Madrid 44
Observatorio Astronómico Nacional 42
Universidad de Alicante 40
Universitat Autónoma de Barcelona 35
Universidad de Jaén 33
Universidad de Granada 32
Universitat de les Illes Balears 22
Universidad de Santiago de Compostela 15
Universidad del País Vasco 12
Universidad de Extremadura 12
Universidad de Valladolid 12
Universidad de Vigo 11
89
El crecimiento de la Astronomía en España
90
Observatorios en territorio español
Pico Veleta
Yebes
Teide
Sierra Nevada
Calar Alto
Roque de Los Muchachos
91
Red de Infraestruc-turas en Astronomía
ICTS Institución(es) de la(s) que depende Instalaciones que contiene
Centro Astronómico de Yebes (CAY) Instituto Geográfico Nacional Radiotelescopio de 14m Radiotelescopio de 40m
Centro Astronómico Hispano Alemán (CAHA) Consejo Superior de Investigaciones Científicas y Sociedad Max-Planck Telescopio de 3.5m Telescopio de 2.2m Telescopio de 1.23m (no operativo) Telescopio Schmidt (no operativo)
Gran Telescopio Canarias (GTC) GRANTECAN S.A. (Co-participada por los Gobiernos de España y Canarias) Telescopio de 10.4m
Observatorio del Roque de los Muchachos (ORM) Instituto de Astrofísica de Canarias Telescopio Solar SST 1m Telescopio Solar DOT 0.45m Telescopio Meridiano Carlsberg Telescopio Mercator 1.2m Telescopio Robótico Liverpool 2m Telescopio Jacobus Kapteyn 1m (no ofrecido) Telescopio Isaac Newton 2.5m Telescopio Nazionale Galileo 3.5m Telescopio William Herschel 4.2m Telescopio Cerenkov MAGIC
Observatorio del Teide (OT) Instituto de Astrofísica de Canarias Telescopio Solar VTT 0.7m Telescopio Solar Themis 0.9m Telescopio Solar Gregor 1.5m Telescopio Carlos Sánchez 1.5m Telescopio IAC80, 0.8m
Institute de Radioastronomie Millimetrique (IRAM) Instituto Geográfico Nacional Radiotelescopio Milimétrico 30m
92
Observatorio del Teide

• Observatorios Solares
• VTT 0.7m
• THEMIS 0.9m
• Gregor 1.5m
• Laboratorio Solar
• Telescopios nocturnos
• TCS 1.5m
• IAC80 0.8m
• Experimentos CMB

93
Observatorio del Roque de los Muchachos, La Palma

• Telescopios nocturnos
• Carlsberg MT
• 1.2 Mercator
• 2.0m Liverpool T
• 2.5m INT
• 2.6m NOT
• 3.5m TNG
• 4.2m WHT
• 10.2m GTC

• Telescopios Solares
• SST 1m
• DOT 0.45m
• Observatorio de rayos gamma UHE
• MAGIC (Cerenkov)

94
Centro Astronómico Hispano Alemán (Calar Alto)

• Centro Astronómico Hispano-Alemán
  (MPA-MPG/IAA-CSIC)
• 3.5m telescopio
• 2.2m telescopio
• 1.23m telescopio
• Schmidt
• OAN
• 1.52m EOCA (pertenece al OAN)

95
Los observatorios radioastronómicos

• Centro Astronómico de Yebes

• IRAM
• Antena milimétrica de 30m (Pico Veleta)

96
Gran Telescopio Canarias (GTC)
Telescopio segmentado de 10.4m de diámetro,
propiedad de los Gobiernos de Canarias y España y
socios en México (5) y la Universidad de
Florida (5).
Primera luz 13 Jul 2007 En pruebas 2007/08 Día
1 Octubre de 2008
97
Gran Telescopio Canarias (GTC)

• Espejo primario segmentado (36 espejos
  hexagonales)
• Espejo secundario muy ligero para poder operar en
  el infrarrojo térmico
• Instrumentos de día 1
• OSIRIS (espectrógrafo óptico multiobjeto) o ELMER
• CanariCam (espectrógrafo en el infrarrojo medio)
• Segunda generación
• EMIR (espectrógrafo infrarrojo multiobjeto)
• FRIDA (óptica adaptativa)

98
Primera luz GTC (13 Julio 2007)