Nit 1:Apuntant els telescopis
Com desfer-se del fons
Com desfer-se del fons
En la mitologia grega Cassiopea era una dona arrogant i vanitosa que es vantava de la seva bellesa incomparable. Pels astrònoms Cassiopea és una constel·lació que es pot veure a l’hemisferi nord durant tot l’any.
Mitologia o astronomia? Millor triar les dues. Crèdit de la imatge: Wikimedia Commons
Jo, com que sóc un caçador de raigs gamma, vaig a la recerca de Cassiopeia A, un romanent de supernova - el que queda d’una explosió estel·lar - que és la font extrasolar d’ones de ràdio més brillant del cel. Afectuosament l’anomenem CasA [Kasei!] i anem a la recerca dels raigs gamma que emet. I, és clar, CasA està a la constel·lació de Cassiopea.
A punt els telescopis MAGIC a CasA i espero, la nit va ser llarga.
Quan apuntem a una font com CasA, com sabem que el que ens arriba realment va sortir de CasA? L'Univers és ple de llum de fons. I hem de tenir-ho en compte quan cacem gammes.
Quan es grava un vídeo en un lloc on hi ha soroll, el tècnic de so té un truc per desfer-se’n en el muntatge final. Grava el so quan tothom està en silenci i després l’hi resta al so del vídeo. El que està fent així és eliminar el soroll.
Una cosa semblant fem nosaltres quan volem restar la llum de fons de l’univers. Apuntem els telescopis a un lloc d’on sabem que no ens arriben raigs gamma i després l’hi restem a les dades que ens arriben del lloc del cel on pensem que ens poden arribar raigs gamma.
Al primer l’anomenem OFF: sabem que d’aquí no vénen raigs gamma així que el que ens arribi serà soroll de fons.
Al segon en diem ON: pensem que d’aquí vénen raigs gamma però no estem segurs.
El truc final és restar: ON-OFF, senyal menys soroll.
Blau pel soroll, vermell per la possible senyal. No oblidis desfer-te de tota la llum que no prové dels raigs gamma, o no sabràs realment el que estàs veient.
Quan porto ja 3 hores observant CasA em poso a analitzar les dades que ens arriben. I això vol dir que em poso a fer servir codi per seleccionar i sumar esdeveniments que sabem que són raigs gamma que han detectat els nostres telescopis. I, és clar, restar-li el soroll de fons que hem detectat en un lloc proper a CasA.
De nou, no li tinguis por al codi, no és un monstre, és una eina.
A la pàgina de la dreta veuràs com analitzo les primeres dades que arriben de CasA i dibuixo meu primer thetaplot. Sona estrany, no? Però així anomenem a aquests gràfics.
Si t’animes, aquest també pot ser el teu primer anàlisi de raigs Gamma!
%matplotlib inline
from noche1_4 import *
Les nostres primeres dades
Ara ja tenim dades de raigs Gamma de veritat.
- En el fitxer casa tenim les dades ON (recordes?)
- En el fitxer off tenim les dades OFF
Recordes com llegir les dades?
leer("casa"),...
Mirem quina pinta tenen. Recorda que el primer és entendre el format de les dades.
leer("casa")
leer("off")
theta2
------
0.038
0.288
0.275
0.091
0.141
0.324
0.113
0.06
0.088
0.25
...
0.128
0.335
0.316
0.016
0.33
0.125
0.283
0.263
0.012
0.001
0.37
Length = 1556 rows
theta2
------
0.279
0.08
0.011
0.372
0.107
0.148
0.023
0.308
0.396
0.097
...
0.053
0.225
0.055
0.368
0.268
0.068
0.117
0.192
0.37
0.28
0.24
Length = 1523 rows
Només hi ha una columna que es diu theta2.
Fixa’t que en aquests arxius només tinc un valor per gamma detectat … en diem Theta quadrat, de la lletra grega. Theta2 indica la distància entre el punt del cel d’on venia la partícula que hem detectat i la font que estic observant, és a dir, CasA per les dades ON, i un lloc buit pels OFF.
Per entendre aquestes dades el millor és representar-los. Farem una gràfica que es diu histograma, que mostra el nombre de deteccions en cada rang de Theta2. Mira aquest dibuix:
Mostrem els histogrames de CasA i OFF:
histograma("casa")
histograma("off")
Per poder comparar el millor és pintar els dos histogrames alhora:
histograma("casa", "off")
A vegades guanya l’OFF i de vegades guanya l’ON. Prop del 0.00, que és on està CasA, sembla que guanya l’ON, no? Però no podem estar segurs.
La veritat és que amb només 3 hores d’observació poc més podem fer. Necessitem moltes més hores per poder caçar més gammes i estar segurs que CasA és una font de raigs gamma.
Així que a observar, a caçar Gammas i després a analitzar-los!
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:
