Nit 3:En Terreny Desconegut
Sempre atent al paisatge
Sempre atent al paisatge
De vegades comences una travessia i no arribes al teu destí. Bé perquè el temps ha canviat, bé perquè no hi ha més forces o bé perquè el camí era l’equivocat. No et queda altra remei que tornar enrere.
No obstant això, sempre pots treure alguna cosa positiva de la feina feta. Podem avisar altres muntanyencs que millor triïn un altre camí. O avisar-los que més amunt el temps ha canviat.
Si a més estem pendents del paisatge a cada pas que donem, potser ens trobem coses inesperades i totalment diferents del que anàvem buscant.
El mateix passa quan caces gammes. La matèria fosca haurà d’esperar. Però aquests centenars d’hores d’observació cal llençar-los a les escombraries? Ni de broma. Aquí hi ha molta anàlisi per fer i encara ens podem trobar alguna sorpresa.
Hi ha moltes maneres d'analitzar les dades. A vegades comencem l'anàlisi amb un objectiu determinat i ens perdem coses pel camí.
El meu cap sempre em diu que no perdi el temps fent coses addicionals i que em concentri en la recerca de matèria fosca.
Però a mi m’agrada buscar si apareix alguna cosa més a les dades. Encara que mai trobo res. Si vols, pots mirar al quadern com faig un skymap de la regió i busco més enllà del que tenia previst fer.
La matèria fosca està distribuïda al voltant del centre del clúster de galàxies. I per això aquí és on anem a buscar-la. Però, ¿i si no busquem al centre del clúster?
import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as pl
import scipy.ndimage as ndimage
%matplotlib inline
warnings.warn('Matplotlib is building the font cache using fc-list. This may take a moment.')
El mapa del cel de vegades porta sorpreses
Ja que tenim les dades i encara que no vegem res al centre del Clúster de Perseus, mirem com es veu el cel extrem (el dels raigs gamma) al voltant de Perseus … ho podem fer amb les mateixes dades que fem servir per fer el theta plot, igual que va fer el Daniel per Cas A.
# Llegim els fitxers i els donem un nom
perseus_ON= pd.read_csv('data/EvtList_ON_Perseus_All.txt', sep=' ')
perseus_OFF= pd.read_csv('data/EvtList_OFF_Perseus_All.txt', sep=' ')
# Definim les variables de tall
had_cut = 0.20
# Seleccionem les dades:
perseus_ON_cut = perseus_ON[perseus_ON['had'] < had_cut]
perseus_OFF_cut = perseus_OFF[perseus_OFF['had'] < had_cut]
# Mirem quina pinta tenen les dades que hem carregat i seleccionat
perseus_ON_cut.head(5)
| had | theta2 | XCam | YCam | |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0.077 | 0.139 | -0.323 | 0.185 |
| 27 | 0.083 | 0.253 | 0.064 | 0.498 |
| 31 | 0.119 | 0.279 | 0.452 | -0.271 |
| 34 | 0.117 | 0.545 | -0.688 | -0.266 |
| 42 | 0.119 | 0.478 | 0.677 | -0.136 |
Fixa’t que ara tenim dues columnes noves: XCam i YCam. Aquestes ens indiquen per a cada esdeveniment l’adreça d’on creiem que ve. Cada posició a la càmera indica una posició al cel.
Vegem en detall com ho feia el Daniel en la seva funció skymap.
En comparació amb el thetaplot aquí volem representar les dades en 2 dimensions: posicions X i Y. Per això hem de fer servir la funció np.histogram2d en lloc de pl.hist. Funciona de manera molt semblant. Només que necessitem donar-li dues variables, per exemple camX_perseus i camY_perseus.
A més, la direcció d’arribada de cada esdeveniment té un error. Això implica que cada esdeveniment té probabilitat de venir no només d’un punt concret sinó d’una regió del cel. Per tenir això en compte posem contribució de cada esdeveniment a l’adreça reconstruïda i els seus voltants. Això ho fem per les dades OFF i ON:
img1 = ndimage.gaussian_filter(hist_off, sigma=(5, 2), order=0)
img2 = ndimage.gaussian_filter(hist_perseus, sigma=(5, 2), order=0)
Ara podem calcular els excessos fent ON menys OFF:
hist_excess = np.subtract(img2, img1)
A més, sabem que l’eficiència per detectar esdeveniments no és la mateixa en tota la cambra. Una forma simple per avaluar aquesta eficiència és utilitzar les dades OFF i simplement dividir els excessos per l’OFF que hi ha a cada punt de la càmera. Per això fem:
hist_excess = np.divide(hist_excess, img1)
I només ens faltaria mostrar el gràfic 2D que queda després d’haver fet aquestes operacions.
# Skymap de les dades seleccionades:
hist_perseus, xedge, yedge = np.histogram2d(perseus_ON_cut.XCam, perseus_ON_cut.YCam, bins=71)
hist_off, xedge, yedge = np.histogram2d(perseus_OFF_cut.XCam, perseus_OFF_cut.YCam, bins=71)
img1 = ndimage.gaussian_filter(hist_off, sigma=(5, 2), order=0)
img2 = ndimage.gaussian_filter(hist_perseus, sigma=(5, 2), order=0)
hist_excess = np.subtract(img2, img1)
hist_excess = np.divide(hist_excess, img1)
pl.imshow(hist_excess, interpolation='gaussian', extent=[3.41,3.25,41.75,41.25],aspect="auto")
pl.xlabel('Ascencion Recta [deg]')
pl.ylabel('Declinacion [deg.]')
pl.show()
Eh! Aquí hi ha alguna cosa … I de fet no recordo haver-ho vist abans. Mirem si està sempre o només en les dades que prenem ahir.
# Llegim els fitxers i els hi donem un nom:
perseus_ON= pd.read_csv('data/EvtList_ON_Perseus_LastDay.txt', sep=' ')
perseus_OFF= pd.read_csv('data/EvtList_OFF_Perseus_LastDay.txt', sep=' ')
# Definim les variables de tall:
had_cut = 0.20
# Seleccionem les dades:
perseus_ON_cut = perseus_ON[perseus_ON['had'] < had_cut]
perseus_OFF_cut = perseus_OFF[perseus_OFF['had'] < had_cut]
# Representem el Skymap:
hist_perseus, xedge, yedge = np.histogram2d(perseus_ON_cut.XCam, perseus_ON_cut.YCam, bins=71)
hist_off, xedge, yedge = np.histogram2d(perseus_OFF_cut.XCam, perseus_OFF_cut.YCam, bins=71)
img1 = ndimage.gaussian_filter(hist_off, sigma=(5, 2), order=0)
img2 = ndimage.gaussian_filter(hist_perseus, sigma=(5, 2), order=0)
hist_excess = np.subtract(img2, img1)
hist_excess = np.divide(hist_excess, img1)
pl.imshow(hist_excess, interpolation='gaussian', extent=[3.41,3.25,41.75,41.25],aspect="auto")
pl.xlabel('Ascencion Recta [deg]')
pl.ylabel('Declinacion [deg.]')
pl.show()
Ahir es veia molt bé … a veure a la resta de les dades …
# Llegim els fitxers i els hi donem un nom:
perseus_ON= pd.read_csv('data/EvtList_ON_Perseus_Other.txt', sep=' ')
perseus_OFF= pd.read_csv('data/EvtList_OFF_Perseus_Other.txt', sep=' ')
# Definim les variables de tall:
had_cut = 0.20
# Seleccionem les dades:
perseus_ON_cut = perseus_ON[perseus_ON['had'] < had_cut]
perseus_OFF_cut = perseus_OFF[perseus_OFF['had'] < had_cut]
# Representem el Skymap:
hist_perseus, xedge, yedge = np.histogram2d(perseus_ON_cut.XCam, perseus_ON_cut.YCam, bins=71)
hist_off, xedge, yedge = np.histogram2d(perseus_OFF_cut.XCam, perseus_OFF_cut.YCam, bins=71)
img1 = ndimage.gaussian_filter(hist_off, sigma=(5, 2), order=0)
img2 = ndimage.gaussian_filter(hist_perseus, sigma=(5, 2), order=0)
hist_excess = np.subtract(img2, img1)
hist_excess = np.divide(hist_excess, img1)
pl.imshow(hist_excess, interpolation='gaussian', extent=[3.41,3.25,41.75,41.25],aspect="auto")
pl.xlabel('Ascencion Recta [deg]')
pl.ylabel('Declinacion [deg.]')
pl.show()
I a la resta de les dades no hi ha res … això és el que anomenem un flare i sembla ser molt intens. Si vols saber més sobre flares, passa una nit amb la Leyre … jo ara mateix la aviso i li dic que he vist aquest.
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:
