Siete años después de colectar información: Las fuentes de rayos cósmicos aun están en una nube por carencia de información.
Aumentado / El telescopio espacial Fermi.
Original por CHRIS LEE - 3/2/2017
Los rayos cósmicos de alta energía son algo de un acertijo encintado en un enigma. Esencialmente, ellos no pueden venir de muy lejos y aun así tienen una energía que poseen. Hasta su final, los rayos cósmicos deberían originarse dentro de la Vía Láctea. Aun así ellos parecen provenir desde cualquier dirección: no importa hacía donde usted mire en el espacio, usted tiene la misma posibilidad de ver rayos cósmicos de alta energía. Un nuevo documento tiene, para la desilusión de sus 90 o más autores, confirmó esta uniformidad hasta un alto grado.
Viviendo en una olla de pescado congelada
Comencemos con una analogía. Imagine que usted está dentro de un bombillo de vidrio congelado. Cuando el Sol le alumbra, usted puede ver la luz, pero parece venir de toda dirección equitativamente. No hay forma de decir que la luz proviene en realidad de una sola fuente, brillando desde una sola dirección a menos que la luz sea suficientemente brillante o el congelado del vidrio no es lo suficientemente denso. Entonces, incluso aunque usted aun ve luz desde todas las direcciones, el ligero incremento del brillo en una dirección nos dice que hay una fuente de luz en esa dirección.
Los rayos cósmicos con energías de hasta 2 TeV (Tera-electrónvoltios) se cree que se originan de moeibundas supernovas en nuestra próxima galaxia. Las observaciones del satélite Fermi han confirmado que algunos rayos cósmicos si se originan en las supernovas, pero esas observaciones no parecen dar cuenta del total de los rayos cósmicos. (Advierta que hay rayos cósmicos de mucho más altas energías, pero estos ciertamente no se originan en nuestra galaxia)
Por que no vemos esta colección de fuentes puntuales? Los rayos cósmicos consisten de partículas cargadas, las cuales se dispersan como locos descarriadas en un fuerte campo magnético. De modo, que incluso allí podrían haber unas pocas fuentes, vemos los rayos cósmicos proviniendo de todas las direcciones. Para hacer incluso la narración más compleja, cuando las partículas cargadas, ellos irradian luz y pierden energía. Lo reverso puede suceder, también: las partículas cargadas pueden dispersar la luz y producir el mismo efecto.
Los rayos cósmicos provienen de todas partes
Combinando, todas esto puede confundir las fuentes individuales de estas partículas y así ellas se ralentizan por un tiempo. El resultado no es solo como parece estamos viendo los rayos cósmicos a través de un vidrio congelado, pero todas las fuentes de los rayos cósmicos de alta energía no pueden estar demasiado lejos. Desde nuestra perspectiva, las fuentes distantes podrían solo ser observadas como rayos cósmicos de baja energía debido a que toda la energía se pierde entre su fuente y nosotros.
Los científicos se han hallado así mismos en una posición incomoda: aparentemente, las fuentes de rayos cósmicos de alta energía deberían estar cercanas — piense en distancias del orden de los 5.000 años luz, los cuales son una pequeña fracción del diámetro de la galaxia (100.000 a 200.000 años luz). Pero si hay esta cerca, nosotros deberíamos ser capaces de hacer sobre brillar y los puntos obscuros en el cielo mediante una cuidadosa observación.
Tenemos ahora siete años de valiosa información observacional proveniente del Telescopio de Gran Área Fermi, un observatorio de rayos gamma en órbita. Siete años parecen mucho, pero no hay muchos eventos. En cualquier dirección particular, los rayos cósmicos con alta energía por encima de 500 GeV se presentan dos veces durante un año — aun cuando esto es aun bueno para algunos 7.000 eventos por año.
Todo esto se reduce a las estadísticas
La pregunta que surge es: estos rayos cósmicos provienen de una dirección preferencial?
Responderla no es fácil. Pensemos acerca de unas monedas lanzadas al aire. Para una moneda legal, esperamos en promedio obtener tantas caras como sellos. Pero si la lanzo 10 veces, hay realmente una buena posibilidad de obtener un número distinto de cinco caras. En efecto, permítame demostrar esto: lancé la moneda diez veces, y obtuve 7 sellos. Jennifer mi hija, repitió el mismo ejercicio y obtuvo 4 sellos. No estuvo ni cerca del promedio los dos ensayos. Sin embargo, esperamos que para una muestra de diez ensayos, el resultado aproximado es de alguna manera entre cuatro y seis sellos.
Para números más grandes, llegaremos a estar más cerca. Combinando los ensayos míos y los de Jennifer. Llegarán a 11 en 20, lo cual es más cercano al promedio (y más aproximado esta en 8 y 12 sellos).
El punto es que en el caso de números pequeños, esperamos que haya unas relativamente altas desviaciones del promedio. Para determinar si los rayos cósmicos vienen de direcciones específicas, no es suficientemente bueno detectar un numero más alto que el promedio de rayos cósmicos viniendo de una dirección específica. Por el contrario, necesitamos detectar numerosos rayos cósmicos más grande que el promedio y así sacar las desviaciones que podrían razonablemente explicarse por la oportunidad aleatoria.
La conclusión es que usted necesita tener una modelo realmente bueno de la propagación de los rayos cósmicos y múltiples métodos con los cuales analizar la información. Cada análisis debería ser internamente consistente y así, cuando se comparen usando datos de simulaciones, deberíamos obtener resultados similares. Este es el meollo de un nuevo documento — que proporciona esta cadena de análisis sólidos.
El resultado final es que no podemos decir que los rayos de alta energía vienen de direcciones específicas. Sin embargo, de las estadísticas podríamos solo esperar detectar una fuente si esta fuera lo suficientemente cercana y preferiblemente joven. Para las fuentes más distantes y viejas, requeriremos muchos más eventos.
Por suerte el satélite Fermi esta aun operando y colectando información. Si todo va bien, podemos esperar un análisis uniforme mejor en los próximos cinco años.
Physical Review Letters, 2017, DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.091103
Aumentado / El telescopio espacial Fermi.
Original por CHRIS LEE - 3/2/2017
Los rayos cósmicos de alta energía son algo de un acertijo encintado en un enigma. Esencialmente, ellos no pueden venir de muy lejos y aun así tienen una energía que poseen. Hasta su final, los rayos cósmicos deberían originarse dentro de la Vía Láctea. Aun así ellos parecen provenir desde cualquier dirección: no importa hacía donde usted mire en el espacio, usted tiene la misma posibilidad de ver rayos cósmicos de alta energía. Un nuevo documento tiene, para la desilusión de sus 90 o más autores, confirmó esta uniformidad hasta un alto grado.
Viviendo en una olla de pescado congelada
Comencemos con una analogía. Imagine que usted está dentro de un bombillo de vidrio congelado. Cuando el Sol le alumbra, usted puede ver la luz, pero parece venir de toda dirección equitativamente. No hay forma de decir que la luz proviene en realidad de una sola fuente, brillando desde una sola dirección a menos que la luz sea suficientemente brillante o el congelado del vidrio no es lo suficientemente denso. Entonces, incluso aunque usted aun ve luz desde todas las direcciones, el ligero incremento del brillo en una dirección nos dice que hay una fuente de luz en esa dirección.
Los rayos cósmicos con energías de hasta 2 TeV (Tera-electrónvoltios) se cree que se originan de moeibundas supernovas en nuestra próxima galaxia. Las observaciones del satélite Fermi han confirmado que algunos rayos cósmicos si se originan en las supernovas, pero esas observaciones no parecen dar cuenta del total de los rayos cósmicos. (Advierta que hay rayos cósmicos de mucho más altas energías, pero estos ciertamente no se originan en nuestra galaxia)
Por que no vemos esta colección de fuentes puntuales? Los rayos cósmicos consisten de partículas cargadas, las cuales se dispersan como locos descarriadas en un fuerte campo magnético. De modo, que incluso allí podrían haber unas pocas fuentes, vemos los rayos cósmicos proviniendo de todas las direcciones. Para hacer incluso la narración más compleja, cuando las partículas cargadas, ellos irradian luz y pierden energía. Lo reverso puede suceder, también: las partículas cargadas pueden dispersar la luz y producir el mismo efecto.
Los rayos cósmicos provienen de todas partes
Combinando, todas esto puede confundir las fuentes individuales de estas partículas y así ellas se ralentizan por un tiempo. El resultado no es solo como parece estamos viendo los rayos cósmicos a través de un vidrio congelado, pero todas las fuentes de los rayos cósmicos de alta energía no pueden estar demasiado lejos. Desde nuestra perspectiva, las fuentes distantes podrían solo ser observadas como rayos cósmicos de baja energía debido a que toda la energía se pierde entre su fuente y nosotros.
Los científicos se han hallado así mismos en una posición incomoda: aparentemente, las fuentes de rayos cósmicos de alta energía deberían estar cercanas — piense en distancias del orden de los 5.000 años luz, los cuales son una pequeña fracción del diámetro de la galaxia (100.000 a 200.000 años luz). Pero si hay esta cerca, nosotros deberíamos ser capaces de hacer sobre brillar y los puntos obscuros en el cielo mediante una cuidadosa observación.
Tenemos ahora siete años de valiosa información observacional proveniente del Telescopio de Gran Área Fermi, un observatorio de rayos gamma en órbita. Siete años parecen mucho, pero no hay muchos eventos. En cualquier dirección particular, los rayos cósmicos con alta energía por encima de 500 GeV se presentan dos veces durante un año — aun cuando esto es aun bueno para algunos 7.000 eventos por año.
Todo esto se reduce a las estadísticas
La pregunta que surge es: estos rayos cósmicos provienen de una dirección preferencial?
Responderla no es fácil. Pensemos acerca de unas monedas lanzadas al aire. Para una moneda legal, esperamos en promedio obtener tantas caras como sellos. Pero si la lanzo 10 veces, hay realmente una buena posibilidad de obtener un número distinto de cinco caras. En efecto, permítame demostrar esto: lancé la moneda diez veces, y obtuve 7 sellos. Jennifer mi hija, repitió el mismo ejercicio y obtuvo 4 sellos. No estuvo ni cerca del promedio los dos ensayos. Sin embargo, esperamos que para una muestra de diez ensayos, el resultado aproximado es de alguna manera entre cuatro y seis sellos.
Para números más grandes, llegaremos a estar más cerca. Combinando los ensayos míos y los de Jennifer. Llegarán a 11 en 20, lo cual es más cercano al promedio (y más aproximado esta en 8 y 12 sellos).
El punto es que en el caso de números pequeños, esperamos que haya unas relativamente altas desviaciones del promedio. Para determinar si los rayos cósmicos vienen de direcciones específicas, no es suficientemente bueno detectar un numero más alto que el promedio de rayos cósmicos viniendo de una dirección específica. Por el contrario, necesitamos detectar numerosos rayos cósmicos más grande que el promedio y así sacar las desviaciones que podrían razonablemente explicarse por la oportunidad aleatoria.
La conclusión es que usted necesita tener una modelo realmente bueno de la propagación de los rayos cósmicos y múltiples métodos con los cuales analizar la información. Cada análisis debería ser internamente consistente y así, cuando se comparen usando datos de simulaciones, deberíamos obtener resultados similares. Este es el meollo de un nuevo documento — que proporciona esta cadena de análisis sólidos.
El resultado final es que no podemos decir que los rayos de alta energía vienen de direcciones específicas. Sin embargo, de las estadísticas podríamos solo esperar detectar una fuente si esta fuera lo suficientemente cercana y preferiblemente joven. Para las fuentes más distantes y viejas, requeriremos muchos más eventos.
Por suerte el satélite Fermi esta aun operando y colectando información. Si todo va bien, podemos esperar un análisis uniforme mejor en los próximos cinco años.
Physical Review Letters, 2017, DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.091103