Noche 1:Apuntando los telescopios
Cazadores con paciencia
Cazadores con paciencia
Tres horas apuntando a CasA y ¿qué es lo que ves? Nada demasiado importante. ¿Has hecho algo mal? ¿El código te está jugando una mala pasada? ¿Los filtros no se comportan como deberían? ¿El telescopio se ha roto? ¿No has apuntado a las coordenadas que debías?
No. Simplemente es así. Los rayos gamma son escasos. Hace falta paciencia para cazarlos. Apuntar el telescopio durante 3 horas sólo te garantiza una cosa: pocos rayos gamma vas a atrapar.
Rayos cósmicos hay muchos. Pero rayos gamma no hay tantos. Por cada 30.000 cósmicos, sólo podemos esperar 1 rayo gamma.
Los rayos Cósmicos son un ruido para los cazadores de rayos gamma. Pero hay investigadores que justamente lo que quieren es estudiarlos. Incluso han construido un detector que mide ~1.000 Km cuadrados (Observatorios Pierre Auger). Los rayos cósmicos son un misterio. No sabemos de dónde vienen, no sabemos por qué hay tantos.
Así que no desesperes. Sólo necesitas más tiempo. ¿Cuánto? Depende.
Para ver CasA he subido noche tras noche hasta tener 100 horas de observación. Mira como cambia la cantidad de rayos gamma cuando aumentan las horas. Varía el número de horas de observación y mira cómo cambia el gráfico de Theta Cuadrado.
Claramente ahí hay una señal. CasA emite rayos gamma. Pero no te fíes de estas imágenes. Haz tú mismo el cálculo con los datos que encontrarás en la página de la derecha.
Ahora que sabemos, gracias a las gráficas, que CasA emite rayos gamma, podemos encontrar una manera de representar cómo se vería CasA si tuviéramos unas gafas de rayos gamma. Es lo más próximo a una foto que pueden hacer los telescopios MAGIC, pero nosotros lo llamamos SkyMap, un mapa del cielo de rayos gamma.
Aquí está mi skymap de CasA, no hay duda de que ahí en el centro hay una buena fuente de rayos gamma. No dejes de hacer el tuyo
%matplotlib inline
from noche1_5 import *
¡¡Basta tanta PACIENCIA!!
3 horas de observación es muy poco para un cazador de rayos Gamma. 100 horas ya es algo más razonable. Gammas hay pocos y debemos tener paciencia, pero ya hemos tenido suficiente. Vamos a ver qué tenemos en nuestros datos.
Aquí tenemos los datos de 100 horas de observación: casa y off. ¿Quieres verlos? Recuerda las instrucciones que usamos antes:
- Para representarlos histograma(“casa”) o “off”
- Y para verlos juntos histograma(“casa”, “off”)
histograma("casa","off")
Fíjate bien, de nuevo, en los ejes, las escalas y luego los datos. ¿Qué pasa cerca del valor 0.00? ¿Hay más o menos diferencia entre las barras del ON y del OFF? ¿Y en el resto de valores de theta2?
Parece que con 100 horas va quedando claro que del centro de nuestro campo de visión están llegando bastantes más gammas que de un punto cualquiera del cielo. Está claro que CasA emite Rayos Gamma.
¡Y los hemos cazado nosotros!
Hay otras maneras de representar estos datos. Es lo que llamamos el skymap, un mapa del cielo Gamma. Lo que hacemos es mostrar en dos dimensiones de dónde vienen los rayos Gamma que cazamos con los MAGIC. El histograma anterior es una representación en 1 sola dimensión.
Fíjate en los ficheros que tenemos ahora. Contienen más información que antes:
leer("casa")
leer("off")
theta2 RA DEC
------ ------- -------
0.018 357.355 58.7168
0.185 357.535 59.1217
0.155 357.197 59.1901
0.217 356.827 58.9941
0.082 357.536 58.8118
0.335 356.937 59.2868
0.344 356.992 59.3269
0.273 357.28 59.3216
0.06 357.044 58.9332
0.298 356.712 58.7082
... ... ...
0.054 357.052 58.6787
0.103 356.999 59.0005
0.286 356.718 58.7462
0.256 357.691 58.5512
0.327 356.732 59.043
0.16 356.908 59.0071
0.092 356.955 58.8698
0.366 357.705 58.4009
0.082 357.302 58.5184
0.132 357.312 59.1581
0.024 357.106 58.7426
Length = 51908 rows
theta2 RA DEC
------ ------- -------
0.194 355.596 57.527
0.22 355.561 58.1508
0.245 355.183 58.2904
0.152 354.896 57.9624
0.356 355.846 57.8246
0.259 354.975 58.228
0.096 355.114 58.0783
0.077 355.266 58.077
0.068 355.031 57.9418
0.234 354.773 57.7186
... ... ...
0.205 355.592 57.5033
0.257 355.756 57.8295
0.307 355.209 58.3525
0.109 355.523 57.9863
0.326 355.104 58.352
0.198 355.454 57.4044
0.385 355.398 58.4025
0.15 355.631 57.8698
0.009 355.306 57.8769
0.044 355.212 58.0063
0.277 355.38 57.29
Length = 51406 rows
Ahora hay dos columnas nuevas:
- RA indica la ascensión recta de la partícula detectada
- DEC indica la declinación de la partícula detectada
Ambos son coordenadas que sitúan las detecciones en el cielo. Así que podríamois hacer un histograma en dos dimensiones teniendo en cuneta RA y DEC.
Eso es justamente el skymap:
skymap("casa")
skymap("off")
Trata de comparar los dos skymaps, el de CasA y el del OFF. Difícil ver la diferencia así por separado, ¿no?
La manera de ver algo es restar ON-OFF y dividirlo por OFF, hagamos el skymap con esta operación:
skymap("casa","off")
Ahí está, el punto rojo en el centro … sí, no es tan bonita como las imagenes de radio, pero estos rayos son mucho mas energéticos … esto es el Universo Extremo.
Diccionario del buen cazador
Agujero Negro
Nos encanta todo lo desconocido y los secretos que alberga un agujero negro son muchos
Se trata de un objeto astronómico supermasivo que muestra unos efectos gravitacionales enormes de manera que nada (ni partículas ni radiación electromagnética) puede superar de su horizonte de sucesos. Es decir, nada puede escapar de su interior.
Blazar
No, no es un 'blazer', no nos vamos de tiendas
Se trata de un tipo particular de núcleo galáctico activo, con la característica que su jet apunta directamente a la Tierra. En una frase, es una fuente de energía muy compacta asociada a un agujero negro en el centro de una galaxia que nos está apuntando.
Cascada de partículas
¡Las cataratas del Niágara de las partículas!
Lluvia de partículas resultantes de la interacción entre partículas de alta energía con un medio denso, por ejemplo, la atmósfera terrestre. Cada una de estas partículas secundarias producidas crea a su vez un cascada propia, de manera que se acaban produciendo una gran cantidad de partículas de baja energía.
Covariancia de Lorentz
Los privilegios de ciertas ecuaciones...
Esta propiedad la tienen ciertas ecuaciones físicas por la que no cambian de forma cuando se dan ciertos cambios de coordenadas. La Teoría Especial de la Relatividad requiere que las Leyes de la Física deben tomar la misma forma en cualquier sistema de referencia inercial. Es decir, si tenemos dos observadores cuyas coordenadas se pueden relacionar por una transformación de Lorentz, cualquier ecuación con magnitudes covariantes se escribirá igual para ambos.
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Dualidad Onda Partícula
¿En qué quedamos?
Se trata de un fenómeno cuántico por el cual en ciertas ocasiones las partículas adquieren características propias de una onda. Y al revés. Lo que esperaríamos que se comportara siempre como una onda (por ejemplo la luz) a veces lo hace como una partícula. Este concepto fue introducido por Louis-Victor de Broglie y se ha demostrado experimentalmente.
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Evento
Estos sí son los eventos del año
Cuando hablamos de eventos en este campo, nos referimos a cada una de las detecciones que hacemos en los telescopios. Para cada uno de ellos tenemos cierta información como la posición en el cielo, la intensidad, etc. y eso nos permite clasificarlos. Nos interesa tener muchos eventos para que podamos hacer estadística a posteriori y sacar conclusiones.
Galaxia de Núcleo Activo
La fiesta está dentro
Este tipo de galaxias (conocidas como AGN) tienen un núcleo central compacto que genera mucha más luminosidad de lo habitual. Se cree que esta radiación es debida a la acreción de materia en un agujero negro supermasivo situado en su centro. Se trata de las fuentes persistentes más luminosas conocidas en el Universo.
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Gravedad Cuántica
Esto cada vez suena peor...
Este campo de la física pretende unir la teoría cuántica de campos, que aplica los principios de la mecánica cuántica a los sistemas clásicos de campos continuos, con la relatividad general. Se quiere definir una base matemática unificada con la cual se puedan describir todas las fuerzas de la naturaleza, la Teoría del Campo Unificado.
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Materia Oscura
¿Y qué será?
¿Cómo definir algo que no se conoce? Sabemos de su existencia porque la detectamos de forma indirecta gracias a los efectos gravitacionales que causa en la materia visible, pero no podemos estudiarla de forma directa. Esto es así porque no interacciona con la fuerza electromagnética así que no sabemos de qué está compuesta. ¡Y estamos hablando de algo que representa el 25% de todo lo conocido! Así que más vale no despreciarlo e intentar desentrañar que es…
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Microquasar
Más abajo aprenderás qué es un quasar... pues lo mismo ¡en pequeñín!
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.
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Nebulosa
¿Qué forma tienen las nubes?
Las nebulosas son regiones del medio interestelar compuestas básicamente por gases y algunos elementos químicos en forma de polvo cósmico. En ellas nacen muchas de las estrellas por condensación y agregación de materia. A veces sólo se trata de restos de estrellas extinguidas.
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Pulsar
Ahora me ves, ahora no me ves
La palabra ‘pulsar’ viene del ingles pulsating star y es precisamente esto: una estrella de la cual nos llega señal de forma discontínua. Dicho más formalmente, es una estrella de neutrones que emite radiación electromagnética mientras esta girando. Las emisiones son debidas al fuerte campo magnético que tienen y el pulso está relacionado con el período de rotación del objeto y la orientación relativa a la Tierra. Uno de los más conocidos y estudiados es el púlsar de la Nebulosa del Cangrejo, muy bonita, por cierto.
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Quasar
'Quasi' los confundimos con estrellas
Son los miembros más lejanos y más energéticos de una clase de objetos llamados galaxias de núcleo activo. Su nombre proviene del inglés ‘quasi-stellar’, casi estrellas, ya que, cuando se descubrieron, utilizando instrumentos ópticos, era muy difícil distinguirlas de las estrellas. No obstante, su espectro de emisión era claramente singular. Normalmente han sido formados por la colisión de galaxias cuyos agujeros negros centrales se han fusionado para formar un agujero negro super masivo o un sistema binario de agujeros negros.
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Radiación Cherenkov
Este fenómeno con nombre de malo de James Bond es nuestro máximo objeto de estudio
Radiación electromagnética emitida cuando una partícula cargada pasa a través de un medio dieléctrico a una velocidad mayor que la velocidad de fase de la luz en ese medio. Cuando un fotón gamma muy energético o un rayo cósmico interactúa con la atmósfera terrestre, producen una cascada de partículas de alta velocidad. La radiación Cherenkov de estas partículas cargadas se usa para determinar la fuente e intensidad de los rayos cósmicos o los gammas.
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Rayo Cósmico
Hay que saber escoger entre ¡rayos, partículas y centellas!
Los rayos cósmicos son radiación de alta energía compuesta fundamentalmente por protones muy energéticos y núcleos atómicos. Viajan casi a la velocidad de la luz y cuando impactan con la atmósfera terrestre producen cascadas de partículas: estas partículas generan radición Cherenkov y algunas incluso pueden llegar a la superficie de la Tierra. Pero cuando los rayos cósmicos alcanzan la Tierra, es imposible saber su procedencia ya que su trayectoria ha cambiado porque se han desplazado a través de distintos campos magnéticos.
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Rayo Gamma
¡A por ellos!
Radiación electromagnética ionizante de extrema frecuencia (por encima de los 10 exahertz). Se trata del rango más energético del espectro electromagnético. La dirección con la que llegan a la Tierra nos indica la dirección donde se originaron.
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Remanente de supernova
Una gran nube de caramelo en el cosmos
Cuando explota una estrella (supernova) se crea una estructura nebulosa a su alrededor formada por el material eyectado de la explosión junto con material interestelar.
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Telescopio Cherenkov
Nuestros juguetes favoritos
Son detectores de fotones gamma de altas energías situados en la superficie terrestre. Tienen un espejo para recoger la luz y focalizarla hacia la cámara. Detectan luz producida por el efecto Cherenkov desde el azul hasta el ultravioleta del espectro electromagnético. Las imágenes que toma la cámara permiten identificar si la partícula incidente en la atmósfera es un rayo gamma u otra distinta y a la vez determinar la dirección y su energía. Los telescopios MAGIC en el Roque de los Muchachos (La Palma) son un ejemplo.
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Teoría de la Relatividad
En esta vida todo es relativo ¿o no?
Albert Einstein fue el genio que decidió darle la vuelta a la mecánica newtoniana para hacerla compatible con el electromagnetstmo con sus Teorías de la Relatividad Especial y General. La primera es aplicable al movimiento de los cuerpos en ausencia de fuerzas gravitatorias y en la segunda se reemplaza la gravedad newtoniana con fórmulas más complejas aunque para campos débiles y velocidades pequeñas coincide numéricamente con la teoría clásica.
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