Nit 2:El Microquasar es desperta
Senyal o fluctuació estadística?
Senyal o fluctuació estadística?
Recorda que els caçadors vivim envoltats de soroll.
I no hi ha drecera possible. L’únic que podem fer és enfrontar-nos al soroll cara a cara.
El Daniel et va ensenyar a fer una observació OFF i restar. Però deixa que et digui una cosa: això no serà suficient.
De vegades el soroll pren la forma d’un senyal. I llavors creiem estar veient alguna cosa, quan en realitat l’única cosa que tenim davant dels nostres ulls és un fantasma anomenat fluctuació estadística.
Com podem assegurar si el que veiem és una evidència que Cyg-X1 s’ha despertat? Com podem saber si no es tracta en realitat d’una mala passada que ens juga l’estadística?
L’única manera és tenir un senyal que sigui molt (però que molt) difícil que sigui produïda per una fluctuació estadística on no hi ha res. Això és el que anomenarem “significança” i es mesura en unitats de “sigmes”.
En física un descobriment s'aconsegueix amb 5 sigmes. Si el que tens és 3 sigmes de significança, llavors estàs davant d'una evidència que necessita més dades per saber si hi ha alguna cosa o no. Amb menys significança és gairebé una qüestió de fe pensar que hi pugui haver alguna cosa.
Quan tens 5 sigmes pots assegurar que les fluctuacions estadístiques únicament podrien donar lloc a un resultat com el que has vist un 0,00006% de les vegades. Si tens 3 sigmes serà el 0,27% de les vegades.
Les sigmes són una mesura de la confiança que ens donen els resultats que obtenim. Tenir 5 sigmes és assegurar que només hi ha una possibilitat entre 35 milions que el que estem veient no és més que soroll disfressat de senyal.
De vegades penso que a més de caçadors de raigs Gamma som caçadors de sigmes :_(
A la llibreta et mostro què és la significança i les sigmes usant l’exemple de Cyg-X1 (per al qual ja hem calculat les sigmes) i nombres random (que és loque dóna el soroll).
La maledicció de les 3 sigmes
A veure si veiem què volen dir les 2.7 sigmes que hem aconseguit.
Com de costum, comencem carregant les llibreries necessàries
import numpy as np
from SimularBackground import *
%matplotlib inline
M’he creat una funció que simula 10000 Obsevacions per a les quals no hi ha senyal. El nombre esperat d’esdeveniments per les observacions ON i OFF són els mateixos. Això no vol dir que sempre tinguem el mateix nombre d’esdeveniments per ON i OFF. És com quan tires dos daus, el valor mitjà esperat de la suma dels dos daus és 7, però això no vol dir que a vegades no sumin a 2 o 12.
Per a cadascuna d’aquestes observacions simulades (que trigaria una vida sencera dedicada només a elles per fer-les de veritat!), Em càlcul.lo Significancia que es dóna en unitats de sigmes.
grafica("Significancias")
La part negativa de la distribució és per als casos en què hi ha més esdeveniments a les observacions OFF que en les ON, cosa que no té molt sentit físic. Simplement passa pel que anomenem fluctuacions estadístiques. La part positiva de la distribució en aquest cas també són fluctuacions estadísiticas per construcció. Però en observacions reals com la que estem analitzant de Cyg-X1 no es pot distingir entre una fluctuació estadística o senyal de veritat.
Això si, com més sigmes téla nostra significança menys probable és que sigui una fluctuació estadística. Es pot veure en el gràfic que la quantitat de vegades que tinc un cert valor de sigmes decreix quan creix sigma.
De fet anem a calcular quina és la probabilitat de tenir una fluctuació estadística que em doni una significança més gran que la que tenim amb les dades de Cyg-X1.
# Primer recupero del gràfic les "Vegades" que tinc cada "Significacancia"
# Ho faig amb un parell de funcions que m'he creat
Veces=valores("Numero de Veces")
Significancias=valores("Significancias")
# Ara faig servir una funció de la llibreria que he carregat NumPy que per a cada bin em suma
# Els valors de tots els bins anteriors. Per exemple pas de (3,6,0,4,1) a (3,9,9,13,14)
VecesAcumuladas = np.cumsum(Veces)
# I amb això és fàcil calcular la fracció de vegades que tinc una significança major
# Que qualsevol valor. Primer càlcul la probabilitat per a cadascuns dels valors
# De sigma en el gràfic
Probabilidad = 1.0-VecesAcumuladas/(VecesAcumuladas.max())
# I finalment faig servir un bucle (for x in range (0.100)) per al qual x va canviant de
# Valor des de 0 fins 100 i miro quan el valor de la significació és més gran que 2.68
# I allà tindré el meu probabilitat:
for x in range(0,100):
if Significancias[x] > 2.68 :
print ("La probabilitat que el soroll no generi una significancia de 2.68 o major és:", Probabilidad[x]*100, "%")
break
La probabilitat que el soroll no generi una significancia de 2.68 o major és: 0,22%
Estem d’acord, una probabilitat del 0,22% és bastant petita. Però no prou. Els científics ens volem assegurar que el que estem veient és cert. Per estar segurs que no són fluctuacions estadístiques el camp científic normalment requereix que la Significancia sigui de 5 sigmes. Això és una probabilitat d'0.000025%
Nota: Definir funcions ens ajuda a anar pas a pas, però si teniu curiositat per saber què està definit en les funcions, no dubtis a fer servir el fòrum per preguntar.
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:
