Física (plan 2002) 2016-2

Optativas, Astrofísica Relativista

Astrofísica Relativista

Horario acordado: Martes y Jueves, 10:00 - 11:30 hrs

Lugar: Aula 4 del Instituto de Astronomía

Interesados por favor contactar a Emilio Tejeda al correo etejeda@astro.unam.mx

Resumen

El curso es una introducción a temas de astrofísica teórica en los que la teoría de la relatividad general juega un papel preponderante. Dado el contenido del curso, se sugiere tomarlo a partir del séptimo semestre de la carrera de física. Entre los objetos y fenómenos a estudiar se encuentran: objetos compactos (e.g. enanas blancas, estrellas de neutrones, agujeros negros), colapso gravitacional, acreción, binarias de rayos X, núcleos activos de galaxias, explosiones de supernova, destellos de rayos gamma, cosmología. Durante el curso se pondrá especial énfasis en desarrollar las diferentes herramientas matemáticas que son necesarias para el estudio de estos fenómenos.

Temario

• Introducción a la astrofísica relativista

– Breve recuento histórico

– Fenómenos y observaciones

– Escalas: distancias, masas, velocidades, luminosidades

– ¿Cuándo y por qué son relevantes los efectos relativistas?

• Repaso de relatividad especial y general

– Álgebra vectorial y notación de Einstein

– Principios de relatividad

– Tensores métricos y tipos de intervalos

– Transformaciones de Lorentz

– Diferenciación covariante. Ecuación geodésica

– Gravitación y geometría del espacio-tiempo. Ecuaciones de Einstein

– Mecánica, electromagnetismo e hidrodinámica relativistas

• Estrellas y objetos compactos

– Formación, estructura y evolución estelar

– Inestabilidades. Teorema del virial. Presión de radiación. Límite de Eddington

– Fin de la evolución: enanas blancas, estrellas de neutrones, pulsares, supernovas

• Fenómenos de acreción

– Acreción esférica y de viento

– Acreción en sistemas binarios

– Discos de acreción. Modelo α de Shakura-Sunyaev

• Agujeros negros

– Historia del concepto

– Colapso gravitacional

– Soluciones de Schwarschild y de Kerr

– Movimiento de partículas de prueba

– Termodinámica de los agujeros negros. Radiación de Hawking

– Procesos de extracción de energía (Penrose, Blandford-Znajek)

– Agujeros negros en astrofísica. Agujeros negros en binarias de rayos X. Núcleos activos de galaxias. Destellos de rayos gamma. Disrupción por fuerzas de marea. Jets

• Cosmología

– Métrica de Friedmann-Robertson-Walker

– Constituyentes del universo. Radiación cósmica de fondo. Bariones. Materia oscura. Energía oscura

– Universo temprano. Expansión del universo. Ley de Hubble. Inflación. Isotropía. Constante cosmológica

Literatura sugerida

• S. Mendoza. Astrofísica Relativista. 2015. http://www.mendozza.org/sergio/gravitacion/astro-rel.pdf

• J. Frank, A. King, D. Raine. Accretion Power in Astrophysics. Cambridge University Press, 3rd ed., 2002

• S. L. Shapiro, S. A. Teukolsky. Black Holes, White Dwarfs, and Neutron Stars: The Physics of Compact Objects. John Wiley & Sons Inc, 1983

• L. D. Landau, E. M. Lifshitz. Mechanics, volume 1 of Course of Theoretical Physics. Pergamon, 3rd ed., 1994

• L. D. Landau, E. M. Lifshitz. The Classical Theory of Fields, volume 2 of Course of Theoretical Physics. Pergamon, 4th ed., 1994

• L. D. Landau, E. M. Lifshitz. Fluid Mechanics, volume 6 of Course of Theoretical Physics. Pergamon, 2nd ed., 1987