En este curso presentaremos una introducción a la astrofísica recorriendo el Universo desde escalas planetarias a escalas cosmológicas. Conectaremos los procesos físicos que gobiernan escalas pequeñas con la emergencia de estructura en escalas galácticas y cosmológicas, y con fenómenos relativistas como agujeros negros y ondas gravitacionales. El objetivo es que los cursantes construyan una visión integrada y actualizada del estado de conocimiento sobre el Universo y sus principales observaciones, y adquieran herramientas teóricas y metodológicas para modelar sistemas astrofísicos y extraer información física de observables.
PROGRAMA ANALÍTICO
1. Astronomía
Escalera de distancias cósmicas. Unidad astronómica. Movimiento planetario. Esfera celeste y coordenadas astronómicas. Modelo heliocéntrico. Leyes de Kepler. Paralaje y parsec. Candelas estándar. Magnitudes astronómicas. Diagrama de Hertzsprung–Russell. Espectros estelares. Cefeidas y relación período-luminosidad. Ley de Hubble y corrimiento al rojo. Fuentes de información astronómica. Radiación electromagnética y ventanas atmosféricas. Mensajeros no electromagnéticos. Telescopios ópticos. Resolución angular e interferometría. Parámetros instrumentales y condiciones de observación.
2. Planetas
Propiedades generales del Sistema Solar. Clasificación planetaria. Fuerzas de marea. Bloqueo de marea. Límite de Roche. Achatamiento rotacional. Interiores planetarios. Equilibrio hidrostático. Atmósferas planetarias. Escala de altura atmosférica. Gradiente adiabático. Estabilidad convectiva. Fuerza de Coriolis. Vientos geostróficos. Formación de sistemas planetarios. Exoplanetas. Métodos de detección de exoplanetas.
3. Estrellas
Propiedades observables de las estrellas. Luminosidad, flujo y temperatura efectiva. Fotometría e índices de color. Clasificación espectral. Líneas espectrales. Ensanchamiento de líneas. Diagrama de Hertzsprung–Russell. Atmósferas estelares. Intensidad específica, flujo y presión de radiación. Ecuación de transporte radiativo. Profundidad óptica. Atmósfera plana. Oscurecimiento del limbo. Ley de Kirchhoff. Opacidad. Límite de Eddington. Estructura estelar. Equilibrio hidrostático. Conservación de masa. Transporte de energía radiativo y convectivo. Generación de energía nuclear. Ecuaciones de estructura estelar. Relaciones constitutivas. Politropos. Ecuación de Lane–Emden. Teorema del virial. Mecanismo de Kelvin–Helmholtz. Reacciones nucleares. Energía de ligadura. Condiciones para la fusión nuclear. Cadena protón–protón y ciclo CNO. Tasa de generación de energía nuclear. Escalas de tiempo estelares. Medio interestelar y formación estelar. Inestabilidad de Jeans. Evolución estelar. Gigantes rojas. Rama horizontal. Rama asintótica gigante. Pérdida de masa. Enanas blancas. Límite de Chandrasekhar. Supernovas. Estrellas de neutrones. Agujeros negros. Nucleosíntesis estelar.
4. Agujeros negros y ondas gravitacionales
Métrica. Tensores de Riemann, Ricci y Einstein. Escalar de curvatura. Símbolos de Christoffel. Tensor de energía impulso. Ecuaciones de Einstein. Fluidos ideales. Estructura estelar en relatividad general. Ecuación de Tolman-Oppenheimer-Volkoff. Solución de Schwarzschild. Geodésicas en Schwarzschild y cantidades conservadas. Corrimiento al rojo gravitatorio. Agujeros negros. Paradoja de la información. Linealización de las ecuaciones de Einstein. Generación, propagación y detección de ondas gravitacionales.
5. Galaxias
La vía láctea. Secuencia de Hubble y clasificación morfológica. Dinámica de galaxias. Galaxias activas. Formación de galaxias. Astronomía extragaláctica. Lentes gravitacionales.
6. Cosmología
Principio cosmológico. Métrica de Friedmann-Robertson-Walker. Dinámica de universos. Corrimiento al rojo y expansión acelerada del universo. Historia térmica del universo. Fondo cósmico de microondas. Formación de estructuras. Materia y energía oscura. Tensiones cosmológicas actuales.
7. IA y astrofísica
Representación de datos astronómicos. Aprendizaje supervisado y no supervisado. Redes profundas y convolucionales. Clasificación de morfología. Detección de exoplanetas. Modelos generativos.