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Científicos de la UNAM participan en la detección de la Nebulosa del Cangrejo usando un innovador telescopio de rayos gamma

UCIF
1/jun/2020

Un grupo de científicos, en el que participan investigadores mexicanos de los institutos de Astronomía y Física de la UNAM, anunciaron hoy la detección de rayos gamma provenientes de la Nebulosa de Cangrejo utilizando un prototipo de Telescopio Schwarzschild-Couder (pSCT, por sus siglas en inglés).

Los científicos forman parte de la Red de Telescopios Cherenkov (CTA, por sus siglas en inglés), una iniciativa global para construir el mayor y más sensible observatorio de rayos gamma de muy alta energía. La CTA, en la que participan mas de mil 500 científicos e ingenieros de 31 países, consta de unos 120 telescopios divididos en un conjunto sur en Paranal (Chile) y un conjunto norte en La Palma (España).

El anuncio de la detección, ocurrido hoy en la 236ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana (AAS), en Wisconsin, Estados Unidos, demuestra la viabilidad del novedoso diseño de este nuevo telescopio para su uso en la astrofísica de rayos gamma.

Mapa del cielo registrado con el pSCT sobre una región centrada en la Nebulosa del Cangrejo, detección de la Nebulosa del Cangrejo marcada en el centro. Crédito: Consorcio CTA/SCT.

“La UNAM participó en esta colaboración internacional a través del diseño, fabricación e instalación de la Torre-Plataforma de Mantenimiento en este pSCT”, comentó el ingeniero Jaime Ruíz, diseñador mecánico del IA y actual responsable de la jefatura del Taller Mecánico de Precisión en Ciudad Universitaria.

“La construcción e instalación de la plataforma representó un reto ya que fue completamente diseñada y construida en México, teniendo muy poco espacio de instalación y además de cumplir muy estrictos requerimientos de seguridad”, declaro el físico Arturo Iriarte, también del Instituto de Astronomía.

De acuerdo con Jaime Ruíz, el l siguiente paso será modificar y mejorar el diseño de acuerdo con los nuevos requerimientos de servicio, además de la gestión de la manufactura de las 20 torres necesarias para los telescopios en el arreglo norte del CTA, ya que cada telescopio tendrá una Torre-Plataforma de Mantenimiento y Servicio a la medida. “Esto permitirá que México siga participando activamente en el desarrollo de nueva instrumentación en el proyecto CTA”, afirmó el ingeniero.

“El pSCT es el primer instrumento de su tipo que nos ayudará a explorar el Universo en las más altas energías. Debido a sus dimensiones y que utiliza fotodetectores de silicio (SiPM) y un espejo secundario, fue necesario poner particular atención a la construcción de una estructura que permita acceder de forma segura a la cámara (una matriz que tendrá más de 10000 SiPM)”, apuntó el investigador Rubén Alfaro del Instituto de Física.

“Este elemento fue relevante para mostrar la factibilidad y operación segura de este tipo de telescopios. Ha sido un buen ejemplo de sinergia entre dos Institutos. Nuestro siguiente paso será incorporar al diseño todos los servicios de la cámara (internet, sistemas de refrigeración, voltajes de operación etc.)”, afirmó el doctor Alfaro.

El futuro de la astrofísica de rayos gamma

De acuerdo con el profesor asociado de la Universidad de Wisconsin Justin Vandenbroucke, la Nebulosa del Cangrejo es la fuente de teraelectronvolts (TeV) estable más brillante, o de rayos gamma de muy alta energía, por lo que detectarla es una excelente manera de probar la tecnología del pSCT. Los rayos gamma de muy alta energía “son los fotones más energéticos en el Universo y pueden revelar la física de objetos extremos, incluyendo agujeros negros y posiblemente materia oscura”, dijo el especialista.

Detectar la Nebulosa del Cangrejo con el pSCT es más que una prueba positiva para el propio telescopio; establece las bases para el futuro de la astrofísica de rayos gamma. "Hemos utilizado esta nueva tecnología que medirá los rayos gamma con extraordinaria precisión, permitiendo futuros descubrimientos", dijo Vandenbroucke. "La astronomía de rayos gamma ya está en el corazón de la nueva astrofísica de multi-mensajeros, y la tecnología SCT jugará un rol aún más importante".

Animación que muestra 18 eventos de rayos gamma de la Nebulosa del Cangrejo detectados con el telescopio pSCT. Consorcio CTA/SCT.

El uso de espejos secundarios en los telescopios de rayos gamma está a la vanguardia de la astrofísica. Se trata de un avance en la innovación para el relativamente joven campo de la astronomía de rayos gamma de muy alta energía.

La detección inicial de la Nebulosa del Cangrejo por el pSCT fue posible gracias al aprovechamiento de observaciones simultáneas clave con el observatorio VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System) situado en el mismo lugar.

"La forma en que se ha realizado la astronomía de rayos gamma ha evolucionado durante los últimos 50 años, permitiendo que los estudios se realicen en mucho menos tiempo", dijo Wystan Benbow, director de VERITAS.

Gracias al uso del pSCTvarios programas futuros se beneficiarán particularmente, incluyendo estudios del cielo de rayos gamma, estudios de grandes objetos como restos de supernovas, y la búsqueda de contrapartes multi-mensajeros para neutrinos astrofísicos y eventos de ondas gravitacionales.

Ubicado en el Observatorio Fred Lawrence Whipple en Amado, Arizona -el mayor sitio de campo del Centro de Astrofísica de Harvard y el Smithsonian- el pSCT fue inaugurado en enero de 2019 y vio la primera luz esa misma semana. Después de un año de trabajo, los científicos comenzaron a observar la Nebulosa del Cangrejo en enero de 2020, pero se trabajó en el proyecto desde hace más de una década.

Inauguración del pSCT en enero de 2019 se reúnen frente al telescopio.

El pSCT fue posible gracias a las contribuciones de treinta instituciones y cinco socios de la industria en los Estados Unidos, Italia, Alemania, Japón y México, y al financiamiento a través del Programa de Instrumentación para la Investigación Principal de la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos.

De la UNAM participaron (en orden alfabético): Dr. Rubén Alfaro, M.en I. Fernando Garfias, Dra. Magdalena Gónzalez, Fís. Arturo Iriarte, Ing. Jaime Ruiz y el Dr. Gagik Tvomasian.

Demostradas ahora, las innovaciones actuales y futuras del pSCT sentarán las bases para su uso en el futuro observatorio Cherenkov Telescope Array, que albergará más de 100 telescopios de rayos gamma. "El pSCT, y sus innovaciones, son la base para el futuro CTA, que detectará fuentes de rayos gamma a unas 100 veces mas rápido que VERITAS, que es el estado actual de la técnica", dijo Benbow. "Hemos demostrado que esta nueva tecnología para la astronomía de rayos gamma funciona inequívocamente. La promesa está ahí para este nuevo e innovador observatorio, y abre una enorme cantidad de potencial de descubrimiento".

Inauguración del pSCT en enero de 2019 se reúnen frente al telescopio.