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HAWC, listo para ver más del Universo

Aleida Rueda
22/ago/2013

El observatorio HAWC de rayos gamma ha comenzado operaciones formalmente con 100 de los 300 detectores que constituyen el proyecto final y con ello inician el monitoreo de los eventos más violentos (con más energía) del Universo desde México.

En la conferencia de prensa de este miércoles, el investigador del IFUNAM y uno de los líderes del proyecto, Andrés Sandoval, presentó ante los medios de comunicación la primera etapa del observatorio (cuyas siglas significan High Altitude Water Cherenkov) que podrá, nada más y nada menos, monitorear el Universo de manera permanente con el fin de detectar rayos cósmicos y rayos gamma a energías de 100 gigaelectronvolts (GeV) a 100 teraelectronvolts (TeV).

"Con HAWC-100 detectamos en este momento 16 mil cascadas (de rayos cósmicos) por segundo. Esto nos da 14 mil millones de eventos por día", dijo Sandoval, quien estuvo acompañado por el coordinador de la Investigación Científica de la UNAM, Carlos Arámburo de la Hoz; la directora adjunta de ciencia del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, Julia Tagüeña Parga; William Lee, director del Instituto de Astronomía (IA); y Alberto Carramiñana Alonso, director del INAOE.

Se trata de eventos de rayos cósmicos que llegan a nuestro planeta y que tienen mucha más energía que la de la luz visible. De hecho, esa es la gran ventaja de HAWC: puede ver luz con un millón de millones de veces más energía que la que tiene la luz visible, lo que alcanza para ver y estudiar estrellas de neutrones, fenómenos del Sol, pulsares, galaxias activas y remanentes de supernovas.


Sandoval en la conferencia de prensa, 21 de agosto 2013. Foto: Alejandro Ramírez Bahena.

Para lograrlo es preciso tener tecnología de altura, literalmente, pues el observatorio ha sido construido a 4100 metros sobre el nivel del mar, en una meseta entre los volcanes Pico de Orizaba y Sierra Negra entre los estados de Puebla y Veracruz.

"Aunque ya se ha operado parcialmente durante la construcción, es a partir de hoy que se inicia la operación continua con objetivos científicos y constituye un paso muy importante en el proyecto", dijo a Noticias IFUNAM Manuel Torres, director del Instituto de Física, una de las instituciones mexicanas que participan en el proyecto internacional. "Estamos orgullosos de ser uno de los protagonistas principales de este esfuerzo", aseguró.

Además del IFUNAM, los otros protagonistas mexicanos son los Institutos de Astronomía, Ciencias Nucleares y Geofísica, así como el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE). Y por parte de Estados Unidos, la Universidad de Maryland y El Laboratorio Nacional de los Álamos, entre otras.

La base: agua y luz

La clave de la detección de rayos cósmicos y gamma está en el agua y en un fenómeno de emisión de luz Cherenkov que lleva ese nombre en honor al físico soviético que lo descubrió y que lo hizo acreedor al Premio Nobel de Física en 1958.

Los rayos cósmicos llegan a la Tierra de diversas fuentes: desde ondas de choque como resultado de una supernova y colisiones entre estrellas de neutrones hasta fuentes extragalácticas como los núcleos activos de otras galaxias.

Estos rayos no logran entrar a la Tierra debido a que la atmósfera no es transparente a ellos. Los rayos gamma interaccionan a 50-100 km de altura con moléculas de la atmósfera y se produce una cascada de partículas que se propaga a velocidades muy cercanas a la de la luz hasta llegar al arreglo de HAWC, en lo alto de la montaña, y dejan una especie de 'huella' que indica la dirección de la que provenía cada rayo.

Con HAWC los científicos 'leerán' esas huellas. Los detectores que hoy están instalados en realidad son 100 tanques, cada uno con 180 mil litros de agua pura y cuatro fotomultiplicadores, que son dispositivos de detección de luz de alta sensibilidad.

Cuando la cascada de partículas entra en contacto con el agua de los contenedores, crea luz Cherenkov. Debido a que el índice de refracción del agua es mucho más alto que el del aire, la luz reduce su velocidad un 30%, lo que hace que las partículas viajen más rápido que la luz, creando ondas de choque electromagnéticas que emiten luz de Cherenkov y esto es lo que detectan los fotomultiplicadores.

Cada señal producida en un fotomultiplicador es procesada electrónicamente y digitalizada. Una batería de computadoras selecciona los eventos interesantes que son almacenados en discos. Y finalmente, los datos pueden ser usados para determinar la energía y la dirección del rayo cósmico o gamma e inferir así de dónde viene la señal.


Representación virtual de la cascada de rayos gamma.

Más sensibilidad para ver más

Con tan sólo un tercio de su tamaño, HAWC supera ya en sensibilidad a su antecesor, el observatorio Milagro, construido en Los Álamos, Nuevo México, que logró detectar rayos gamma y cósmicos durante sus siete años de funcionamiento (del 2001 al 2008) a 2630 metros sobre el nivel del mar.

La colaboración HAWC, creada como segunda generación de Milagro y cuya instalación final estará lista en agosto del 2014, va a observar a energías más altas y permanentemente durante los próximos 10 años.

“Vamos a ser un observatorio sensible para observar el Universo en un rango muy grande (dos terceras partes del cielo), continuamente y a energías bastante altas”, resume Sandoval.

Varios investigadores, estudiantes y técnicos del Instituto de Física contribuyen o han contribuido en diversas etapas de HAWC: Rubén Alfaro, Ernesto Belmont, José Ignacio Cabrera, Varlen Grabski, Hermes León, Antonio Marinelli, Monserrat Álvarez, Sergio Hernández, Adiv González, Pablo Vanegas, Omar Vázquez y Víctor Hugo Orozco.

Su construcción ha sido financiada por la UNAM (a través de los institutos participantes), la Coordinación de la Investigación Científica y la DGAPA, por el CONACYT, el INAOE, la NSF (National Science Foundation) y el DoE (Department of Energy, ) ambos de Estados Unidos.

"Este observatorio es muestra de lo que se puede hacer si colaboran varias instituciones y países para generar nuevo conocimiento", dijo Arámburo de la Hoz. Y es muestra también, comentó Julia Tagüeña, de la trayectoria y liderazgo que tiene México en proyectos de astronomía y astrofísica "para observar y entender el Universo".


Conferencia de prensa, 21 de agosto 2013. Foto: Alejandro Ramírez Bahena.