Nit 1:Apuntant els telescopis
Com desfer-se de la Lluna?
Com desfer-se de la Lluna?
Els filtres per a les càmeres de fotos els pots comprar a moltes botigues. Però els dels telescopis MAGIC no els trobes ni a internet perquè no n’hi ha al mercat. Així que no ens queda altre remei que anar al taller i dissenyar-los nosaltres mateixos.
Un cop els tenim cal provar-los per veure si realment funcionen. Com podem saber si es desfan només de la Lluna i no també dels raigs gamma que volem caçar? Recordeu que, de les imatges que prenem, només volem treure la llum lunar.
El filtre es desfà de part de la Lluna i deixa passar part dels raigs gamma. Però no és perfecte! Amb aquest esquema podràs calcular si el filtre funciona com esperem.
A la llibreta de la dreta veuràs com fem el càlcul. El podríem fer amb llapis i paper però, quina mandra no? Amb un parell de línies de codi ho resolem. Fes servir la llibreta sense por, no pots trencar res.
Els caçadors fem servir codi per treballar amb les dades dels telescopis. No li tinguis por a la programació, els ordinadors només fan el que els diem. I si els controles, t'ajuden a fer les coses més ràpidament.
El filtre absorbeix més o menys llum depenent de la longitud d’ona. I tant la llum que ve de la Lluna com dels gammas té intensitats diferents també en funció de la longitud d’ona. Així que hem de mirar quanta llum dels gammas passa i quanta de la Lluna s’absorbeix per a cada longitud d’ona.
Per saber el total sumem tots els valors.Per saber les quantitats de llum que passen el filtre multipliquem la intensitat per F (la fracció de llum que deixa passar el filtre). Si el filtre fos perfecte muliplicariem per 1 el tipus de llum que ens interessa i per 0 la que volem eliminar. Però aquest no és un món ideal. No tenim més remei que adaptar-nos.
Les gràfiques semblen molt abstractes, però en realitat ens expliquen moltes coses. Fixa't en què es mostra en cada eix i intenta relacionar-ho amb el filtre. Quina llum passa? Quina llum s'absorbeix?
Has vist que per comparar entre el que arriba i el que passa (o s’absorbeix) dividim els dos valors d’intensitat? Si ho penses veuràs que és la millor manera: si el resultat és proper a 1 és que els dos valors són semblants, si no és que són molt diferents.
Insistim, els filtres no són pefectes, però funcionen bé. La intenció era que la Lluna no fos un problema, i sembla que no ho serà. Amb aquests filtres podrem observar durant més hores sense que la llum que reflecteix el nostre satèl·lit ens molesti. Només queda instal·lar els filtres per poder utilitzar-los durant les observacions.
La llibreta científica del Daniel
Aquesta és la meva llibreta científica. Aquí puc veure les dades dels telescopis, fer càlculs i anotacions. És una eina més dels Caçadors de Raigs Gamma. Tots els Caçadors tenim la nostra i tu tens la teva a La teva Nit.
El millor és entendre com funciona amb un exemple. Així que calcularem si els filtres que hem dissenyat són els adequats o no.
Tenim 3 conjunts de dades.
- Un té les dades de la quantitat de llum de lluna que arriba als telescopis.
- Un altre té les dades de la llum dels rajos gammas que ens arriba als telescopis.
- L’últim té la informació de quanta llum (de la lluna o dels gammas) passa pel filtre.
Cada fitxer ens mostra la informació per longitud d’ona.
Llegim ara el conjunt de dades que ens indica la quantitat de llum de la lluna que arriba als telescopis:
%matplotlib inline
from noche1_2 import *
leer("luna")
LongitudOnda Emision
------------ ---------
270 0.0921
280 0.077652
290 0.0042408
300 0.049055
310 0.034728
320 0.33099
330 0.4941
340 0.58336
350 0.59861
360 0.79136
... ...
570 5.6372
580 6.0073
590 5.8452
600 6.3041
610 6.4821
620 6.7191
630 6.6753
640 6.9272
650 7.3382
660 7.8201
670 8.2151
Length = 41 rows
Això és el que significa cada columna
- La primera columna és la Longitud d’ona mesurada nanòmetres.
- La segona és la intensitat de l’emissió de la lluna. Les unitats de la intensitat són arbitràries (a.u).
Mirar així les dades serveix per veure quin format tenen, però per treure més informació d’elles és molt millor representar-les gràficament.
Atent als eixos de la gràfica. A l’eix de les X tenim la longitud d’ona, i en el de les Y tenim l’emissió de la Lluna. Fixa’t també en l’escala de l’eix de les Y.
grafica("luna")
Amb el gràfic és fàcil de veure que la quantitat de llum de lluna (per cert, ja saps que en realitat no és llum de la lluna ja que la lluna només la reflecteix, no?) Augmenta per a longituds d’ona majors .
Mirem què passa amb la llum dels raigs gamma i els filtres:
grafica("luna")
grafica("gammas")
grafica("filtro")
Ara podem comparar quanta llum ens arriba de la lluna i quanta ens arriba dels gammas.
- De quin ens arriba més intensitat? De la Lluna o dels Gammas?
- Saps veure quina part de la llum deixa passar el filtre i quina part l’absorbeix?
La llum que ens arriba dels gamma augmenta molt ràpid amb la longitude d’ona entre 250 i 350 nanòmetres, però després, al contrari de la que ens arriba de la lluna, disminueix per a longituds d’ona majors. Per això vam escollir un filtre que tingués una bona transmissió per sota de 350 nanòmetres i que no deixés passar llum per sobre de 400 nanòmetres.
És el moment de calcular quanta llum de la lluna i dels gammas passa el filtre. L’objectiu és que el filtre elimini la lluna però no els gammas. Però no hi ha cap filtre perfecte.
El càlcul és simple: hem de multiplicar * la intensitat de la lluna * per * el filtre * per a cada longitud d’ona.
multiplicar("luna","filtro")
totalluna: 144.48
lunafiltrada:
[ 7.18380000e-02 6.51500280e-02 3.68525520e-03 4.34627300e-02
3.09773760e-02 2.95574070e-01 4.42713600e-01 5.20357120e-01
5.29769850e-01 6.87691840e-01 8.37316200e-01 7.43137200e-01
5.62607500e-01 3.47318400e-01 9.97204000e-02 3.71880000e-02
1.34568000e-02 1.41795000e-02 1.69920000e-02 2.11032000e-02
2.16384000e-02 1.72076000e-02 1.34841000e-02 4.39160000e-03
4.62880000e-03 9.34700000e-04 4.04688000e-04 3.00882000e-04
3.74871000e-04 2.12456000e-04 0.00000000e+00 0.00000000e+00
0.00000000e+00 0.00000000e+00 0.00000000e+00 0.00000000e+00
6.67530000e-05 4.15632000e-04 7.33820000e-04 4.69206000e-02
4.10755000e-01]
totallunaFiltrada: 5.91
I el mateix per la llum dels gammas:
multiplicar("gammas", "filtro")
totalgammas: 22.36
gammasfiltrada
[ 8.22120000e-02 7.50905000e-02 3.28568900e-01 6.22946600e-01
7.08158800e-01 7.37975200e-01 7.53177600e-01 7.47942000e-01
7.26408000e-01 7.03021000e-01 6.51714000e-01 5.42575800e-01
3.39794000e-01 1.34264800e-01 3.71436000e-02 1.24290000e-02
5.43600000e-03 3.25500000e-03 3.19050000e-03 3.70620000e-03
3.51840000e-03 2.27640000e-03 1.64160000e-03 5.24400000e-04
5.19700000e-04 1.01160000e-04 3.89920000e-05 2.83140000e-05
3.16680000e-05 1.75800000e-05 0.00000000e+00 0.00000000e+00
0.00000000e+00 0.00000000e+00 0.00000000e+00 0.00000000e+00
3.51200000e-06 2.05260000e-05 3.33900000e-05 1.91700000e-03
1.50750000e-02]
totalgammasFiltrada: 7.24
Com pots veure, per la lluna passem de totalluna = 144 a totallunafiltrada = 6, és a dir que ens quedem amb 4% de la llum de la Lluna.
En canvi, per als gammas passem de totalgammas = 22 a totalgammasFiltrada = 7, que és una reducció molt menor.
Fem els números:
totallunaFiltrada/totalluna
0.040883189190507568
totalcherenkovFiltrada/totalcherenkov
0.32407190844270289
Què et sembla? Els filtres funcionen? Proporcionalment, passa més llum de la Lluna o més llum dels Gammas?
Els filtres no són perfectes, però funcionen bastant bé. Així que ara podrem observar fins i tot amb Lluna plena. Així tindrem més hores per seguir buscant Gammas. I això, com veuràs, és molt important.
Aquesta és la teva primera llibreta científica, el teu primer pas com Caçador de Raigs Gamma. Segueix endavant en la nit, t’esperen moltes sorpreses d’alta energia.
Doccionari del bon caçador of the gamma ray hunter
Blazar
No, no és un 'blazer', no ens anem de botigues
Es tracta d’un tipus particular de nucli galàctic actiu, amb la característica que el seu jet apunta directament a la Terra. En una frase, és una font d’energia molt compacta associada a un forat negre al centre d’una galàxia que ens està apuntant.
Cascada de partícules
Les cascades del Niàgara de les partícules!
Pluja de partícules resultants de la interacció entre partícules d’alta energia amb un mitjà dens, per exemple, l’atmosfera terrestre. Cadascuna d’aquestes partícules secundàries produïdes crea al seu torn un cascada pròpia, de manera que s’acaben produint una gran quantitat de partícules de baixa energia.
Covariància de Lorentz
Els privilegis de certes equacions ...
Aquesta propietat la tenen certes equacions físiques per la qual no canvien de forma quan es donen certs canvis de coordenades. La Teoria Especial de la Relativitat requereix que les Lleis de la Física han de prendre la mateixa forma en qualsevol sistema de referència inercial. És a dir, si tenim dos observadors les coordenades es poden relacionar per una transformació de Lorentz, qualsevol equació amb magnituds covariants s’escriurà igual per a tots dos.
Descobreix més:
Dualitat Ona Partícula
En què quedem?
Es tracta d’un fenomen quàntic pel qual en certes ocasions les partícules adquireixen característiques pròpies d’una ona. I a l’inrevés. El que esperaríem que es comportés sempre com una ona (per exemple la llum) de vegades ho fa com una partícula. Aquest concepte va ser introduït per Louis-Victor de Broglie i s’ha demostrat experimentalment.
Descobreix més:
Esdeveniment
Aquests sí són els esdeveniments de l'any
Quan parlem d’esdeveniments en aquest camp, ens referim a cadascuna de les deteccions que fem amb els telescopis. Per a cada un d’ells tenim certa informació com la posició en el cel, la intensitat, etc. Això ens permet classificar-los. Ens interessa tenir molts esdeveniments perquè puguem fer estadística a posteriori i treure conclusions.
Forat Negre
Ens encanta tot el desconegut i els secrets que hi ha dins un forat negre són molts
Es tracta d’un objecte astronòmic supermassiu que mostra uns efectes gravitacionals enormes de manera que res (ni partícules ni radiació electromagnètica) pot superar del seu horitzó de successos. És a dir res pot escapar del seu interior.
Galàxia de Nucli Actiu
La festa està dins
Aquest tipus de galàxies (conegudes com AGN) tenen un nucli central compacte que genera molta més lluminositat del que és habitual. Es creu que aquesta radiació és deguda a l’acreció de matèria en un forat negre supermassiu situat en el seu centre. Es tracta de les fonts persistents més lluminoses conegudes a l’Univers.
Descobreix més:
Gravetat Quàntica
Això cada vegada sona pitjor ...
Aquest camp de la física pretén unir la teoria quàntica de camps, que aplica els principis de la mecànica quàntica als sistemes clàssics de camps continus, amb la relativitat general. Es vol definir una base matemàtica unificada amb la qual es puguin descriure totes les forces de la naturalesa, la Teoria del Camp Unificat.
Descobreix més:
Matèria Fosca
I què serà?
Com definir una cosa que no es coneix? Sabem de la seva existència perquè la vam detectar de forma indirecta gràcies als efectes gravitacionals que causa a la matèria visible, però no podem estudiar-la de forma directa. Això és així perquè no interacciona amb la força electromagnètica així que no sabem de què està composta. I estem parlant d’una cosa que representa el 25% de tot el conegut! Així que més val no menysprear-ho i intentar trobar que és …
Descobreix més:
Microquasar
Més avall aprendràs què és un quasar ... doncs el mateix en petitó!
Es un sistema de estrellas binario que produce radiación electromagnética de alta energía. Sus características son similares a las de los cuásares, pero a una escala más pequeña. Los microquasars producen emisiones de radio fuertes y variables muchas veces en forma de jet y tienen un disco de acreción rodeando un objeto compacto (agujero negro o estrella de neutrones) que es muy luminosos en el rango de los rayos X.
Descobreix més:
Nebulosa
Quina forma tenen els núvols?
Les nebuloses són regions del medi interestel·lar compostes bàsicament per gasos i alguns elements químics en forma de pols còsmica. En elles neixen moltes de les estrelles per condensació i agregació de matèria. De vegades només es tracta de restes d’estrelles extingides.
Descobreix més:
Pulsar
Ara em veus, ara no em veus
La paraula ‘pulsar’ ve de l’anglès pulsating star i és precisament això: un estel de la qual ens arriba senyal de manera discontínua. Dit més formalment, és una estrella de neutrons que emet radiació electromagnètica mentres gira. Les emissions són degudes al fort camp magnètic que tenen i el pols està relacionat amb el període de rotació de l’objecte i l’orientació relativa a la Terra. Un dels més coneguts i estudiats és el púlsar de la Nebulosa del Cranc, molt bonica, per cert.
Descobreix més:
Quasar
'Quasi' els confonem amb estrelles
Són els membres més llunyans i més energètics d’una classe d’objectes anomenats galàxies de nucli actiu. El seu nom prové de l’anglès ‘quasi-stellar’, gairebé estrelles, ja que, quan es van descobrir, utilitzant instruments òptics, era molt difícil distingir-les de les estrelles. No obstant això, el seu espectre d’emissió era clarament singular. Normalment han estat formats per la col·lisió de galàxies de les quals els forats negres centrals s’han fusionat per formar un forat negre super massiu o un sistema binari de forats negres.
Descobreix més:
Radiació Cherenkov
Aquest fenomen amb nom de dolent de James Bond és el nostre màxim objecte d'estudi
Radiació electromagnètica emesa quan una partícula carregada passa a través d’un medi dielèctric a una velocitat més gran que la velocitat de fase de la llum en aquest mitjà. Quan un fotó gamma molt energètic o un raig còsmic interactua amb l’atmosfera terrestre, produeixen una cascada de partícules d’alta velocitat. La radiació Cherenkov d’aquestes partícules carregades es fa servir per determinar la font i intensitat dels raigs còsmics o els gammas.
Descobreix més:
Raig Còsmic
Cal saber escollir entre 'llamps, partícules i trons!
Els raigs còsmics són radiació d’alta energia composta fonamentalment per protons molt energètics i nuclis atòmics. Viatgen gairebé a la velocitat de la llum i quan impacten amb l’atmosfera terrestre produeixen cascades de partícules: aquestes partícules generen radició Cherenkov i algunes fins i tot poden arribar a la superfície de la Terra. Però quan els raigs còsmics arriben a la Terra, és impossible saber la seva procedència ja que la seva trajectòria ha canviat perquè s’han desplaçat a través de diferents camps magnètics.
Descobreix més:
Raig Gamma
A per ells!
Radiació electromagnètica ionitzant d’extrema freqüència (per sobre dels 10 exahertz). Es tracta del rang més energètic de l’espectre electromagnètic. La direcció amb la que arriben a la Terra ens indica la direcció on es van originar.
Descobreix més:
Remanent de supernova
Una gran núvol de caramel en el cosmos
Quan explota una estrella (supernova) es crea una estructura nebulosa al seu voltant formada pel material ejectat de l’explosió juntament amb material interestel·lar.
Descobreix més:
Telescopi Cherenkov
Els nostres juguets preferits
Són detectors de fotons gamma d’altes energies situats a la superfície terrestre. Tenen un mirall per recollir la llum i focalitzar-la cap a la càmera. Detecten llum produïda per l’efecte Cherenkov des del blau finsel ultraviolt de l’espectre electromagnètic. Són Les imatges que pren la càmera permeten identificar si la partícula incident en l’atmosfera és un raig gamma o una altra diferent i alhora determinar la direcció i la seva energia. Els telescopis MAGIC al Roque de los Muchachos (La Palma) són un exemple.
Descobreix més:
Teoria de la Relativitat
En aquesta vida tot és relatiu, o no?
Albert Einstein va ser el geni que va decidir donar-li la volta a la mecànica newtoniana per fer-la compatible amb l’electromagnetisme amb les seves Teories de la Relativitat Especial i General. La primera és aplicable al moviment dels cossos en absència de forces gravitatòries i en la segona reemplaça la gravetat newtoniana amb fórmules més complexes encara que per a camps febles i velocitats petites coincideix numèricament amb la teoria clàssica.
Descobreix més:
