Noche 3:En Terreno Desconocido
Siempre atento al paisajes
Siempre atento al paisajes
A veces empiezas una travesía y no llegas a tu destino. Bien porque el tiempo ha cambiado, porque no hay más fuerzas o porque el camino era el equivocado. No te queda otra que volver atrás.
Sin embargo siempre puedes sacar algo positivo del trabajo hecho. Podemos avisar a otros montañistas que mejor elijan otro camino. O avisarles de que más arriba el tiempo ha cambiado.
Si además estamos pendientes del paisaje a cada paso que damos, tal vez nos encontremos cosas inesperadas y totalmente distintas de lo que íbamos buscando.
Lo mismo pasa al cazar gammas. La materia oscura tendrá que esperar. Pero ¿esos cientos de horas de observación hay que tirarlos a la basura? Ni en broma. Ahí hay mucho análisis por hacer y aún nos podemos llevar una sorpresa.
Hay muchas maneras de analizar los datos. A veces empezamos el análisis con un objetivo determinado y nos perdemos cosas por el camino.
Mi jefe siempre me dice que no pierda el tiempo haciendo cosas adicionales y que me concentre en la búsqueda de materia oscura.
Pero a mi me gusta buscar si aparece algo más en los datos. Aunque nunca encuentro nada. Si quieres, puedes mirar en el cuaderno como hago un skymap de la región y busco más allá de lo que tenía previsto hacer.
La materia oscura está distribuida alrededor del centro del clúster de galaxias. Y por eso ahí es donde vamos a buscarla. Pero, ¿y si no buscamos en el centro 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 cielo a veces trae sorpresas
Ya que tenemos los datos y aunque no veamos nada en el centro del Clúster de Perseus, miremos cómo se ve el cielo extremo (el de los rayos gamma) alrededor de Perseus… lo podemos hacer con los mismos datos que usamos para hacer el ** theta plot **, igual que hizo Daniel para Cas A.
# Leemos los ficheros y les damos un nombre
perseus_ON= pd.read_csv('data/EvtList_ON_Perseus_All.txt', sep=' ')
perseus_OFF= pd.read_csv('data/EvtList_OFF_Perseus_All.txt', sep=' ')
# Definimos la variables de corte
had_cut = 0.20
# Seleccionamos los datos:
perseus_ON_cut = perseus_ON[perseus_ON['had'] < had_cut]
perseus_OFF_cut = perseus_OFF[perseus_OFF['had'] < had_cut]
# Miramos qué pinta tienen los datos que hemos cargado y seleccionado
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 |
Fíjate que ahora tenemos dos columnas nuevas: XCam y YCam. Éstas nos indican para cada evento la dirección de donde creemos que viene. Cada posición en la cámara indica una posición en el cielo.
Veámos en detalle como lo hacía Daniel en su función skymap.
En comparación con el thetaplot aquí queremos representar los datos en 2 dimensiones: posiciones X y Y. Para eso tenemos que usar la función np.histogra2d en lugar de pl.hist. Funciona de forma muy similar. Solo que necesitamos darle dos variables, por ejemplo camX_perseus y camY_perseus.
Además, la dirección de llegada de cada evento tiene un error. Esto implica que cada evento tiene probabilidad de venir no sólo de un punto concreto sino de una región del cielo. Para tener esto en cuenta ponemos contribución de cada evento a la dirección reconstruida y sus alrededores. Esto lo hacemos con las instrucciones para los datos OFF y ON:
img1 = ndimage.gaussian_filter(hist_off, sigma=(5, 2), order=0)
img2 = ndimage.gaussian_filter(hist_perseus, sigma=(5, 2), order=0)
Ahora podemos calcular los excesos haciendo ON menos OFF:
hist_excess = np.subtract(img2, img1)
Además, sabemos que la eficiencia para detectar eventos no es la misma en toda la cámara. Una forma simple para evaluar esta eficiencia es usar los datos OFF y simplemente dividir los excesos por el OFF que hay en cada punto de la cámara. Para eso hacemos:
hist_excess = np.divide(hist_excess, img1)
Y sólo nos faltaría mostrar el gráfico 2D que queda después de haber hecho estas operaciones.
#Skymap de los datos seleccionados:
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! Ahí hay algo… Y de hecho no recuerdo haberlo visto antes. Miremos si está siempre o solo en los datos que tomamos ayer.
# Leemos los ficheros y les damos un nombre:
perseus_ON= pd.read_csv('data/EvtList_ON_Perseus_LastDay.txt', sep=' ')
perseus_OFF= pd.read_csv('data/EvtList_OFF_Perseus_LastDay.txt', sep=' ')
# Definimos la variables de corte:
had_cut = 0.20
# Seleccionamos los datos:
perseus_ON_cut = perseus_ON[perseus_ON['had'] < had_cut]
perseus_OFF_cut = perseus_OFF[perseus_OFF['had'] < had_cut]
# Representamos 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()
Ayer se veía muy bien … a ver en el resto de los datos …
# Leemos los ficheros y les damos un nombre:
perseus_ON= pd.read_csv('data/EvtList_ON_Perseus_Other.txt', sep=' ')
perseus_OFF= pd.read_csv('data/EvtList_OFF_Perseus_Other.txt', sep=' ')
# Definimos la variables de corte:
had_cut = 0.20
# Seleccionamos los datos:
perseus_ON_cut = perseus_ON[perseus_ON['had'] < had_cut]
perseus_OFF_cut = perseus_OFF[perseus_OFF['had'] < had_cut]
# Representamos 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()
Y en el resto de los datos no hay nada … esto es lo que llamamos un flare y parece ser muy intenso. Si quieres saber más sobre flares, pasa una noche con Leyre … yo ahora mismo la aviso y le digo que he visto este.
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.
Descubre más:
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.
Descubre más:
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.
Descubre más:
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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