Presentaci

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Espectro Electromagnético, Telescopios, y
Detectores
Luis F. Rodríguez, CRyA, UNAM, Morelia
Cómo obtenemos información los astrónomos? El
espectro electromagnético Telescopios Detectores
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Cómo puede obtener información el astrónomo
sobre el Universo?
Para objetos muy cercanos (en nuestro Sistema
Solar) contamos con la exploración directa y con
la radar astronomía.
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Robot en Marte
4
Pero

• La exploración directa sólo es aplicable a los
  objetos de nuestro Sistema Solar.
• Las naves espaciales mas rápidas viajan a unos 20
  kilómetros por segundo, o sea que tardarían unos
  50,000 años en llegar a la estrella más cercana,
  Proxima Centauri.
• Ya no digamos recorrer toda nuestra Galaxia o ir
  a otras galaxias.

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Escalas del Universo
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Hay otra manera activa de estudiar el Universo

• La radar astronomía.
• Con esta técnica se envían ondas de radio a
  cuerpos cercanos del sistema solar, donde rebotan
  y parte de ellas regresan al radiotelescopio que
  las envió.

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Radiotelescopio de Arecibo
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Imágenes de un asteroide mediante radar
astronomía (el asteroide en si es emisor muydébil
de ondas de radio)
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Porqué la radar astronomía está tan limitada?

• El flujo de fotones que recibimos de un cuerpo
  decrece como la distancia al cuadrado.
• En la radar astronomía la intensidad de la señal
  rebotada decae como la distancia a la cuarta
  potencia!

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D
L
11
D
F
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La mayoría de la astronomía se hace de manera
pasiva

• Detectamos partículas u ondas que se produjeron
  en el pasado por los objetos cósmicos estudiados.
• Por esto se dice que somos observadores y no
  experimentadores.

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Cuáles son estos mensajeros del espacio?

• Rayos cósmicos
• Neutrinos
• Ondas gravitacionales
• Pero en realidad, la mayor parte del trabajo
  observacional se hace mediante la detección de
  fotones, tambien conocidos como ondas
  electromagnéticas (dualidad partícula-onda)

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Proyecto Auger Rayos Cósmicos
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Neutrinos
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Ondas gravitacionales
LIGO
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El espectro electromagnético
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El espectro electromagnético en la vida diaria
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Para las ondas electromagnéticas
l n
longitud de onda
frecuencia
c velocidad de la luz
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En la radioastronomía se mide la componente
eléctrica del campo electromagnético, la cual se
amplifica mediante equipo electrónico. En
contraste, en el visible o en los rayos X, se
detecta el fotón como si fuera partícula.
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Debido a que nuestra atmósfera es opaca a los
rayos X y rayos g, esta astronomía ha estado
siempre ligada con la industria aeroespacial
En otras palabras, la astrofísica de altas
energías sólo se pudo comenzar a desarrollar en
la década de los 1950s.
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Telescopios

• Del radio al ultravioleta, la mayoría de los
  telescopios son superficies parabólicas. Porqué?

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• La parábola tiene dos propiedades cruciales
• Concentra los rayos en el foco (aumentando la
  sensitividad).
• El camino recorrido por los rayos es el mismo (de
  modo que las ondas llegan en fase).

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Signal path
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Hasta los años 1960s la resolución angular de los
telescopios de rayos X era muy mala. Esto se
debía a que los rayos X no rebotan en un espejo,
sino que lo penetran. Sin embargo, los rayos X sí
rebotan cuando llegan al espejo casi
rasantes. Giacconi propuso el concepto de los
espejos cilíndricos embebidos en los que los
rayos X llegaban rasantes.
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El primer telescopio de rayos X se utilizaría en
la misión Einstein
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Uno de los tres telescopios del observatorio
XMM-Newton. 58 espejos rasantes anidados. Angulo
de incidencia 0.5 grados. Cubiertos de oro
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Para los rayos g el efecto es tan limitante que
ya ni los espejos de incidencia rasante sirven y
hay que recurrir a otras técnicas para hacer
telescopios.
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DETECTORES

• Radio (como ondas)
• IR (bolómetros)
• Óptico y mas altas frecuencias (como partícula).

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(No Transcript)
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Bolometer diagram of 1 pixel
radiation
thermistor
wires
absorber
weak thermal link
cold bath at fixed temperature

• Radiation is intercepted, absorber heats, and
  temperature change is measured by thermistor.

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Actual bolometers
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A closer look
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An even closer look
absorber 1 mm square
doped silicon thermistor (invisible)
leg thermal link, wire on top
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1 The CCD detector 1.2 History

Determining the brillance distribution of an
astronomical object (star, planet, galaxie, a
martian spacecraft ?) with the help of a CCD is
pretty much similar to the measurments of the
quantity of infalling rain on a farm. As soon as
the rain stops, collecting buckets are displaced
horizontally on conveyor belts. Then the water
content of the buckets is collected in other
buckets on a vertical conveyor belt. The overall
content is sent onto a weighting system.
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1 The CCD detector

• 1.3 How does a CCD work ?

Output register
Pixel
(a)
(b)
To Output amplification
Electrodes
Electrons
The way a CCD works is illustrated by means of a
simplified CCD made of 9 pixels, an output
register and an amplifier. Each pixel is divided
in 3 regions (electrodes who serve to create a
potential well). (a) when an exposure is made,
the central electrode of each pixel is
maintained at a higher potentiel (yellow) than
the others ( green) and the charges collecting
process takes place. (b) At the end of the
exposure, the electrodes potentials are changed
and charges transfered from one electrode to the
other.
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1 The CCD detector

• 1.3 How does a CCD work ?

(b)
(a)
Impurity (doping)

• By changing in a synchronized way the potential
  of the electrodes, electrons are
• transfered from pixel to pixel. Charges on the
  right are guided to the output register
• (b) The horizontal transfer of charges is then
  stopped and charge packages at the output
• register are transfered vertically, one by one,
  to an output amplifier and then read one
• by one. The cycle starts again until all the
  charges have been read (reading time of about
• 1 minute for a large CCD).

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1 The CCD detector

• 1.4 Advantages
• of CCDs

Mosaïc of 4 CCDs, containing each 2040 x 2048
pixels. This composite detector is about 6
cm large and contains a total of 16 millions
pixels (Kitt Peak National Observatory, Arizona).
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1 The CCD detector

• 1.4 Advantages of CCDs

Quantum efficiency curves of different types of
CCDs as a function of the wavelenght compared to
the one of other detectors. We can see on this
plot the large domain of wavelenghts for the
spectral response of CCDs.
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Los fotones de rayos X ionizan el gas que hay en
el tubo y los electrones libres producto de la
ionización crean una corriente que se puede
medir. Como gas se emplea argón y otros gases
nobles como kriptón o xenón porque no interfieren
con los electrones liberados.
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Debido a que los distintos tipos de fotones o de
partículas tienen distinta penetrabilidad, es
posible blindar el receptor para que solo
detecte de un tipo.
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(No Transcript)