Noche 2:El Microquasar se despierta
Más horas
Más horas
Con la significancia que tenemos no podemos ir muy lejos. Nadie nos va a tomar en serio si no conseguimos 5 Sigmas.
Necesitamos más horas de observación para ver si con más estadística la significancia sube (¡bien!) o desaparece (¡arghhh!). Pero incluso eso va a ser difícil con menos de 3 sigmas.
Qué fácil sería llamar a Daniel que está operando los telescopios y decirle que siga apuntando a Cyg-X1, ¿verdad? Pero no es él quien debe decidir. Quien gestiona las horas que se dedican a cada observación son los del Time Allocation Commitee (TAC). Es a ellos a quien tengo que convencer.
Por mail y en inglés. Así es como se trabaja en una colaboración internacional como MAGIC.
2.7 sigmas es una buena promesa de que algo puede estar pasando en Cyg-X1. Pero no sería la primera vez que una promesa no se cumple.... ¡Qué nervios!
El TAC nos da el visto bueno para seguir observando. Con los telescopios apuntados, seguimos trabajando.
Mira en la libreta cómo analizamos los datos que nos llegan.
¿Qué pasará con la significancia? ¿Puedo cambiar los cortes para mejorarla? Esto último es muy delicado ya que fácilmente se puede generar un resultado sesgado. Hay una máxima en la ciencia que dice: “Si uno sabe lo que busca, encuentra lo que quiere”. ¡Y eso es algo que debemos evitar!
Miremos todos los datos
Una vez más … ya sabes como empezamos, ¿no?
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as pl
from Significancia import *
%matplotlib inline
Y ahora, algo que ya sabemos hacer. Leamos los ficheros con todos los datos y los valores que hay en sus columnas. Y esta vez, leamos no solo el valor de ** Theta Cuadrado **, sino también el de ** hadronness ** que son los valores que hay en la columna que se llama ** had **
#Leemos los ficheros y les damos un nombre
cygX1_ON= pd.read_csv('data/EvtList_ON_CygX3_All.txt', sep=' ')
cygX1_OFF= pd.read_csv('data/EvtList_OFF_CygX3_All.txt', sep=' ')
#Vemos cuantas filas estamos cargando en los datos
len(cygX1_ON)
84597
#Vemos cómo son los datos del ON, por ejemplo
cygX1_ON.head()
| had | theta2 | |
|---|---|---|
| 0 | 1.000 | 0.149 |
| 1 | 0.126 | 0.178 |
| 2 | 1.000 | 0.011 |
| 3 | 0.970 | 0.020 |
| 4 | 0.995 | 0.317 |
Ves la columna llamada had? Ahí está la información del hadroness de cada evento detectado por el telescopio. Algunos tienen hadroness alto (1.000, 0.970), son probablemente protones o nucleos ligeros. Otros tienen hadroness bajo, eso son probablemente los gammas que buscamos.
Con más de ochenta mil filas, lo mejor que podemos hacer es representar los datos con un ** Theta Plot **. Pero no queremos todas las filas, solo nos quedaremos con aquella que tengan hadroness menor que 0.20
- Definimos la variable had_cut = 0.20
- Seleccionamos únicamente las filas que tiene hadroness < had_cut y las guardamos con el nombre CygX1_ON_cut:
cygX1_ON_cut = cygX1_ON[cygX1_ON[‘had’] < had_cut] CygX1_ON_cut tiene menos filas que CygX1_ON, pero el mismo número de columnas. Sabrías comporbarlo?
- Hago el ** Theta Plot ** igual que sin el corte en hadronnes pero ahora usamos CygX1_ON_cut.theta2
- Y lo mismo para el OFF, así la comparación tiene sentido.
# 1 Definimos la variable had_cut
had_cut = 0.20
# 2 Seleccionamos los datos: hadroness menor que 0.20
cygX1_ON_cut = cygX1_ON[cygX1_ON['had'] < had_cut]
cygX1_OFF_cut = cygX1_OFF[cygX1_OFF['had'] < had_cut]
# 3 Hacemos el Theta Plot
pl.figure(1, figsize=(10, 5), facecolor='w', edgecolor='k')
Noff, ThetasOff, _ = pl.hist(cygX1_OFF_cut.theta2, bins=30, histtype='stepfilled', color='red', alpha=0.5, normed=False)
Non, ThetasOn, _ = pl.hist(cygX1_ON_cut.theta2, bins=30, histtype='step', color = 'blue',alpha=0.9, normed=False)
pl.xlabel('$\Theta^2$ [$grados^2$]')
pl.ylabel('Numero de Eventos')
pl.show()
CalcularSignificancia(Non, Noff)
-0.48949852089254597
Cierto, he hecho algo diferente. Delante de la instrucción :
“pl.hist(CutHad.compressed(), bins=30, histtype=‘step’, color = ‘blue’,alpha=0.9, normed=False)”
he puesto:
Non, ThetasOn, _ =
Esto me permite guardar el número de eventos que hay en cada barra del gráfico en Non y el valor de ** Theta Cuadrado ** que representa esa barra en ThetasOn.
Y entonces uso Non y Noff para calcular la significancia y …
Todo el gozo en un pozo, ya se ve en el gráfico. Con todos los datos no hay nada y la significancia es -0.49 sigmas.
¿Y que pasa si cambiamos el corte en hadronness? De hecho si en lugar de 0.20 corto en 0.06 recupero las sigmas que tenía.
# 1 Definimos la variable had_cut
had_cut = 0.06
# 2 Seleccionamos los datos: hadroness menor que 0.06
cygX1_ON_cut = cygX1_ON[cygX1_ON['had'] < had_cut]
cygX1_OFF_cut = cygX1_OFF[cygX1_OFF['had'] < had_cut]
# 3 Hacemos el Theta Plot
pl.figure(1, figsize=(10, 5), facecolor='w', edgecolor='k')
Noff, ThetasOff, _ = pl.hist(cygX1_OFF_cut.theta2, bins=30, histtype='stepfilled', color='red', alpha=0.5, normed=False)
Non, ThetasOn, _ = pl.hist(cygX1_ON_cut.theta2, bins=30, histtype='step', color = 'blue',alpha=0.9, normed=False)
pl.xlabel('$\Theta^2$ [$grados^2$]')
pl.ylabel('Numero de Eventos')
pl.show()
CalcularSignificancia(Non, Noff)
2.4003967925959162
** “Trial factors”, “Trial factors”, “Trial factors”, “Trial factors”, “Trial factors” **
Sí, sí … aquí está mi voz de la conciencia que de tanto trabajar en un entorno internacional ya me habla en inglés. No vale buscar en tus datos que corte es el mejor.
Si hacemos eso con las observaciones que simulamos antes, también conseguiremos valores de ** Significancia ** mayores y esas observaciones simuladas siguen siendo por construcción fluctuaciones estadísticas.
Lo que si puedo hacer es buscar el mejor corte por ejemplo en los datos del primer día y después usar ese corte (aunque estrictamente hablando entonces no debería usar los datos del primer día en el análisis final, pero bueno … )
¿Qué me saldrá como mejor corte para los datos del primer día?
from EntrenarCorteHadronness import *
MejorCorte()
El primer gráfico es la superposición de todos los ** Theta Plot ** para diferentes valores del corte en hadronness, no es muy relevante. El segundo, muestra como cambia la Significancia para diferentes valores del corte. Pues no era 0.20 el mejor sino 0.15. ¿A ver qué sale con todos los datos si cortamos en hadronness 0.15?
# 1 Definimos la variable had_cut
had_cut = 0.15
# 2 Seleccionamos los datos: hadroness menor que 0.15
cygX1_ON_cut = cygX1_ON[cygX1_ON['had'] < had_cut]
cygX1_OFF_cut = cygX1_OFF[cygX1_OFF['had'] < had_cut]
# 3 Hacemos el Theta Plot
pl.figure(1, figsize=(10, 5), facecolor='w', edgecolor='k')
Noff, ThetasOff, _ = pl.hist(cygX1_OFF_cut.theta2, bins=30, histtype='stepfilled', color='red', alpha=0.5, normed=False)
Non, ThetasOn, _ = pl.hist(cygX1_ON_cut.theta2, bins=30, histtype='step', color = 'blue',alpha=0.9, normed=False)
pl.xlabel('$\Theta^2$ [$grados^2$]')
pl.ylabel('Numero de Eventos')
pl.show()
CalcularSignificancia(Non, Noff)
1.2950435787475061
Nada, no hay nada. Lo del primer día o fue una fluctuación estadísitica o algo que solo duró ese día. Nunca lo sabremos y quedará en la historia como una fluctuación.
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.
Descubre más:
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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