Noche 2:El Microquasar se despierta


¿Cuántos MAGIC caben en el cielo?

El cielo es muy grande y el campo de visión de nuestros telescopios muy pequeño. Pero, ¿qué significa exactamente “muy pequeño”? ¿Sabrías calcular cuántos MAGIC caben en el cielo para hacerte una idea?

Sólo podemos ver una parte del cielo con los telescopios MAGIC. ¿Cuánto? Una buena manera de hacernos una idea es compararlo con el tamaño de la Luna llena.

Mira en la libreta de la derecha cómo se calcula la fracción del cielo que ve MAGIC. Seguro que conoces la trigonometría que hay que usar… pero cuando se trata de calcular cosas de telescopios, parece más divertida, ¡¿no?!

Con una ventana tan pequeña y un cielo tan grande, ¿cómo nos daríamos cuenta de que algo está pasando? Por suerte otros telescopios nos ayudan. Si estuviéramos solos tratando de cazar rayos gamma, esto sería casi como buscar una aguja en un pajar.

Tenemos catálogos de las posiciones exactas de las fuentes de rayos gamma detectadas por satélites como Fermi, y ahí apuntamos para analizarlas con detalle.

Las coordenadas de Cygnus-X1 me las sé de memoria (RA=19:58:21, DEC=35:12:5) está justo en el medio de la cola del Cisne. No es que sea “mi” microquasar, pero llevo tanto tiempo tras él, esperando el momento en que nos dé una señal, que nos mande rayos gamma que podamos cazar… que casi es mi obsesión.

SCygnus-X1 en la constelación del Cisne. Justo ahí está el microquasar. Crédito de la imagen: Dan Lessmann

No tiene sentido que apunte los telescopios MAGIC todo el rato hacia Cygnus-X1. Debo esperar a que el agujero negro trague tanta materia que empiece a “disparar” rayos gamma de alta energía. El resto de cazadores quieren ver otras fuentes, y ya sabes, entre todos nos ayudamos.

Pero, por favor… que Cygnus-X1 ¡se despierte ya!

:( En fin, mientras tanto, a seguir el trabajo. Que tampoco es tan malo porque… ¡viajamos mucho!

De hecho, os tengo que dejar para terminar de preparar las maletas: me voy tres meses a una estancia en Estados Unidos para trabajar con Meredith y Marvin (¿os acordáis de ellos? son los que trabajan en HAWC y Fermi). ¡Nos vemos cuando llegue a USA!

Crédito de la imagen: Tumblr

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La libreta científica de Alba

Esta es mi libreta científica. Aquí voy apuntando todo lo que hago … es importante apuntarlo todo, como mínimo para mi ya que si no después no recuedo todo lo que he hecho.

Ahora toca calcular **CUÁNTOS MAGIC CABEN EN EL CIELO **

Como siempre, para empezar con esto del iPython tenemos que cargar las librerías que usaremos. Es una de las mejores cosas de Python, hay un montón de gente creando librerías muy útiles.

import math

Lo primero que necesito saber para calcular cuantos MAGIC caben en el cielo es saber como de grande es el cielo. ¡Sí! El universo es infinito, pero cuando miro hacia una estrella, estoy viendo también todo lo que hay detrás y delante de la ella. Por tanto, quiero saber el tamaño del cielo en direcciones, no en m, km, parsecs, años luz ni nada por el estilo … y las direcciones se calculan en estereorradianes, que se definen como la superficie explorada dividido por la distancia a la que está la superficie al cuadrado.

Parece complicado, pero pensémoslo juntos … quizá no lo es en realidad. Para una esfera con radio 10 Km de la cual yo estoy en el centro, tenemos:

radio=10000
superficie = 4 * math.pi * (radio*radio)
print ("La superficie de la esfera de radio ",radio, " metros es ", superficie, "metros cuadrados")
La superficie de la esfera de radio  10000  metros es  1256637061.44 metros cuadrados

Ahora sólo nos fallta dividir la superficie por el radio al cuadrado y tendremos los estereoradianes para un esfera de 10 km de la cual estamos en el centro.

stereorradianes = superficie / (radio*radio)
print ("La dimensión angular de una esfera de 10 Km de la cual estamos en el centro es", stereorradianes, "estereorradianes")
 La dimensión angular de una esfera de 10 Km de la cual estamos en el centro es 12.5663706144 estereorradianes

De hecho, si os habéis fijado, eso es independiente del tamaño de la esfera … Por tanto el tamaño angular del cielo que vemos desde la tierra es el mismo. Sí, sí … la Tierra está en el centro del universo visible desde la Tierra, que no quiere decir que esté en el centro del universo.


Ahora me falta calcular el tamaño del trozo de cielo que se puede mirar con MAGIC. Sé que en grados son 2 grados por 2 grados, es decir 4 grados cuadrado. Pero tengo que convertirlo en estereorradianes.

Por suerte desde el instituto que me explican con la trigonometría que 180 grados son Pi radianes.

GradoARadian = math.pi / 180.0
GradoCuadradoAStereorradian = GradoARadian * GradoARadian
AreaDeMAGIC = 4 * GradoCuadradoAStereorradian
print ("El área cubierta por MAGIC son ", AreaDeMAGIC, "stereoradianes.")
El área cubierta por MAGIC son  0.00121846967915 stereoradianes.

Ya solo me falta dividirlos > ** Tamaño angular del cielo / Tamaño angular de MAGIC **

print ("En el cielo caben", stereorradianes/AreaDeMAGIC, "MAGICs")
En el cielo caben 10313.2403124 MAGICs

Pero qué pequeño es MAGIC … o ¡qué grande es el cielo!

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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