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Máster Universitario en Física Avanzada: Partículas, Astrofísica, Nanofísica y Materiales Cuánticos

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Astrofísica de Altas Energías

Código asignatura
MFIAVPAN-1-003
Curso
Primero
Temporalidad
Primer Semestre
Carácter
Optativa
Créditos
6
Itinerarios
  • Especialidad de Física de Partículas y Astrofísica
Pertenece al itinerario Bilingüe
No
Actividades
  • Tutorías Grupales (3 Horas)
  • Clases Expositivas (34 Horas)
  • Prácticas de Aula/Semina (8 Horas)
Guía docente

Esta asignatura pertenece a la especialidad de “Física de Partículas y Astrofísica” y su

carácter es principalmente teórico.

La Astrofísica de Altas Energías es uno de los campos más activos en astrofísica. Además

de abarcar las observaciones hechas en rayos gamma y rayos cósmicos de alta energía, se

puede definir con más precisión como el estudio de las emisiones por parte de materia muy

lejos del equilibrio y sometida a condiciones extremas, tales como las que se encuentran en

sistemas binarios compactos o en Núcleos Galácticos Activos (AGN).

Puesto que estos fenómenos están principalmente gobernados por la gravitación, los

agujeros negros desempeñan un papel destacado en su descripción. Los campos magnéticos

proporcionan mecanismos de aceleración adicionales. A medida que van apareciendo nuevas

ventanas de observación, como la astronomía TeV, los neutrinos TeV y, muy recientemente,

las ondas gravitacionales, nuestra visión del universo se enriquece y la validez de las teorías

existentes puede ser probada en regímenes fuertes que no están al alcance de experimentos

terrestres.

Vinculación con otras asignaturas:

Se considerarán adquiridos los contenidos de la asignatura de Astrofísica y Cosmología

(cuarto curso, obligatoria, impartida en el Grado en Física de la Universidad de Oviedo,

u equivalente cursada en otras Universidades)

Puede ser beneficioso haber cursado además Relatividad General y Cinética de Fluidos

y Plasmas (optativas de cuarto curso impartidas en el Grado en Física de la Universidad

de Oviedo, u equivalentes cursadas en otras Universidades)

En el curso de la exposición encontraremos temáticas desarrolladas más a fondo en las

asignaturas siguientes, todas pertenecientes al bloque de asignaturas de la especialidad

en Física de Partículas y Astrofísica del presente Master:

  - Fenomenología del Modelo Estándar y sus extensiones [obligatoria]

    (para una mejor comprensión de las emisiones a altas energías)

  - Relatividad General Avanzada [optativa]

    (importante para una mejor comprensión de la física de los agujeros negros)

y en menor medida, para los que estén interesados en vertiente ‘tests de teorías’ discutida

en la última parte

  - Temas modernos en Física de Partículas [optativa]

    (para una exposición de las teorías alternativas al modelo estándar)

  - Cosmologia moderna [optativa]

    (para colocar los núcleos galácticos activos en una perspectiva global de evolución del universo)

Aunque se procurará hacer una presentación auto-contenida del temario, puede resultar beneficioso cursar simultáneamente Relatividad General Avanzada (optativa, Iº semestre)

Se fomentará la adquisición de las competencias siguientes

  - Competencias generales: CG1, CG2, CG3, CG4, CG5, CG6, CG7

  - Competencias básicas: CB6, CB7, CB8, CB9, CB10

  - Competencias específicas: CE1, CE2, CE3, CE4, CE11, CE12

según su definición detallada recogida en la Memoria del Master

Estas competencias están asociadas a los siguientes resultados de aprendizaje:

 -RA1- Comprender el papel complementario de la observación de varios tipos de emisiones, tanto fotones como rayos cósmicos, neutrinos y ondas gravitacionales

 -RA2- Obtener una visión dinámica de la astrofísica por el estudio de los procesos más energéticos del universo en situaciones fuera de equilibrio

 -RA3- Aplicar conceptos de física de plasmas, relatividad especial y general, y física de partículas a la descripción de los objetos compactos

 -RA4- Comprender los mecanismos que dan lugar a la configuración disco-chorro en sistemas astrofísicos.

 -RA5- Comprender los varios mecanismos que convierten energía potencial gravitacional en energía radiada

 -RA6- Comprender los mecanismos de evolución que llevan a la formación de objetos compactos tanto a escala estelar como galáctica, y la interrelación entre ambos

 -RA7-  Integrar varios aspectos observacionales y teóricos en un modelo unificado

-RA8- Comprender las similitudes y diferencias de mecanismos y configuraciones en escalas espacio-temporales separadas por muchos órdenes de magnitud

-RA9- Valorar el potencial de los datos obtenidos para probar la validez de las teorías existentes en regímenes fuertes que no están al alcance de experimentos terrestres.

Introdución: El cielo a alta energía

Fenómenos energéticos y transitorios. Visión pancromática del cielo. Técnicas multi-mensajero

Parte I: Mecanismos de emisión

  - La configuración disco de acreción-chorro relativista.

    Elementos de Magnetohidrodinámica (MHD)

  - El papel de un agujero negro central

  - Emisión y absorción de fotones. Espectros en rayos X y gamma. Fotones TeV.

 -  Producción, aceleración y propagación de rayos cósmicos

    y de neutrinos de altas energías.

 - Producción y detección de ondas gravitacionales.

Parte II: Lugares de emisión

 - Objetos estelares compactos, supernovas e hipernovas, binarias compactas y su

   coalescencia, estallidos de rayos gamma

 - Núcleos galácticos activos: modelo unificado, objetos a alto redshift, galaxias primigenias

 - Fuentes de emisión exóticas

Parte III: Tests de los modelos estándares y nuevos paradigmos

 - Tests de la relatividad general y teorías más generales de la gravitación

 - La astrofísica de altas energías como herramienta para observar el universo primigenio

El temario de todos los bloques se presentará en las Clases Expositivas. Se usarán presentaciones por ordenador para las exponer las ideas directrices y se detallarán algunos cálculos en la pizarra. Los ficheros de las presentaciones por ordenador se pondrán a disposición del alumnado en el Campus Virtual.

Las Prácticas de Aula estarán dedicadas a la exposición de trabajos por los alumnos, que profundizarán en unos de los temas propuestos por los profesores de la asignatura y a seminarios sobre temas de actualidad o de destacada importancia.

El alumno, guiado por los profesores, realizará un trabajo o miniproyecto (que puede ser el análisis de un artículo científico, un cálculo teórico o la explotación de datos observacionales). Realizará su propia búsqueda bibliográfica y expondrá sus resultados oralmente. Contestará a preguntas impromptu formuladas tanto por sus compañeros de estudio como por los profesores al final de la exposición, así como a una pregunta de fondo seleccionada entre las propuestas por sus compañeros y recogida con antelación en el Campus Virtual.

En las Tutorías Grupales se realizarán unas micro-pruebas (~15 min) de los conocimientos adquiridos en las clases expositivas. El resto de las sesiones estará dedicado a debate y profundización de unos de los temas expuestos en las CEs. Los temas sometidos a debate estarán publicados con antelación en el Campus Virtual.

Se valorará especialmente la participación activa de los estudiantes en todas las formas de actividades.

De forma excepcional, si las condiciones sanitarias lo requieren, se podrán incluir actividades de docencia no presencial. En cuyo caso, se informará al estudiantado de los cambios efectuados.

Idioma

La docencia de la asignatura se impartirá parte en español y parte en inglés, según los criterios siguientes:

- Para facilitar la comprensión de los conceptos, el idioma de exposición en el aula será el español

- Para fomentar la adquisición del vocabulario técnico necesario, el material docente (apuntes y complementos bibliográficos disponibles en el campus virtual) será en inglés

- El alumno podrá escoger libremente entre español e inglés para la entrega de las tareas propuestas y la exposición del miniproyecto

Cronograma

La distribución horaria de las diferentes actividades está recogida en los siguientes cronogramas

TRABAJO PRESENCIAL

TRABAJO NO

PRESENCIAL

Temas

Horas totales

Clase Expositiva

Prácticas de aula /Seminarios/ Talleres

Tutorías grupales

Sesiones de Evaluación

Total

Trabajo grupo

Trabajo autónomo

Total

Introducción

7

2

0

0

-

2

1

4

5

Parte I:

Mecanismos de emisión

50

11

3

1

-

15

10

25

35

Parte II-a: Lugares de emisión

Objetos estelares compactos

39

8

2

1

-

11

8

20

28

Parte II-b: Lugares de emisión

Núcleos galácticos activos

39

8

2

1

-

11

8

20

28

Parte III: Tests de modelos

y nuevos paradigmos

13

3

1

0

-

4

3

6

9

Evaluación

2

-

-

-

2

2

-

-

-

Total

150

32

8

3

2

45

30

75

105

MODALIDADES

Horas

%

Totales

Presencial

Clases Expositivas

32

21.4

30%

Práctica de aula / Seminarios / Talleres

8

5.3

Tutorías grupales

3

2.0

Sesiones de evaluación

2

1.3

No presencial

Trabajo en Grupo

30

20

70%

Trabajo Individual

75

50

Total

150

Convocatorias ordinarias:

La evaluación se efectuará en base a los resultados obtenidos en pruebas cortas de tipo

test realizadas a lo largo del año y de un miniproyecto como sigue:

Pruebas de respuesta corta + discusión (35%):  

Realizadas a principios de cada sesión de Tutoría Grupal, son micropruebas de tipo test

de una duración ~15 min, destinadas a evaluar la adquisición de los conceptos

fundamentales expuestos en las clases expositivas. (25% de la nota total)

El resto de las sesiones estará dedicado a debate y profundización de uno de los temas

abordados en clase, según sugerencias tanto por parte de los alumnos como de los

profesores. Un 10% de la nota total está reservado para evaluar la pertinencia de los

temas propuestos y de los argumentos aportados a la discusión.

Realización de un trabajo o miniproyecto, exposición y discusión (65%)

Para la realizacíón de su miniproyecto, el alumno

 - realizará su propia búsqueda bibliográfica

   (7% de la nota total).

 - someterá por escrito un resumen de sus conclusiones de una longitud ~ 1 página

   (10% de la nota total).

 - expondrá a continuación estos resultados durante las horas reservadas a Prácticas de Aula

   (30% de la nota total)

 - contestará a preguntas de sus compañeros de estudio y de los profesores

   (10% de la nota total).

La formulación de preguntas a cargo de los estudiantes cuenta para un 8% de la nota notal.

Convocatorias extraordinarias

Los alumnos que se presenten a convocatorias extraordinarias o los que beneficien de un régimen no presencial debidamente acreditado (según BOPA nº 125 de 1-VI-2010)  

 - realizarán una prueba escrita de caracter teórico de una duración de 2 horas

   (50% de la nota total)

 - realizarán un trabajo o miniproyecto sobre uno de los temas propuestos por los profesores,

    y presentarán una memoria escrita de unas 15 páginas

    (50% de la nota total)

De forma excepcional, si las condiciones sanitarias lo requieren, se podrán incluir métodos de evaluación no presencial. En cuyo caso, se informará al estudiantado de los cambios efectuados.

Campus Virtual:

En el campus virtual se pondrán a disposición de los estudiantes apuntes y material bibliográfico

adicional como por ejemplo artículos de fondo y vínculos a páginas web de interés.

Bibliografía complementaria:

• T.J.L. Courvoisier, “High-Energy Astrophysics - An Introduction”, Springer, 2013

• M. Longair, “High Energy Astrophysics”, Cambridge Univ. Press, 2011

• M.H.P.M. Van Putten, A. Levinson, “Relativistic Astrophysics of the Transient

   Universe”, Cambridge University Press, 2013

• D.L. Meier, “Black Hole Astrophysics”, Springer Praxis, 2012

• M. Camenzind, “Compact Objects in Astrophysics”, Springer, 2005

• V. Beckmann, C. Shrader, “Active Galactic Nuclei”, Wiley, 2012