High Altitude Water Cherenkov (HAWC ), nombre del detector de rayos gamma situado en la Sierra Negra muy cerca del Gran Telescopio Milimétrico a 4100 metros de altura
El Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) es el responsable de este proyecto, su director el doctor Alberto Carramiñana Alonso ha estado desde hace seis años involucrado con el experimento pues sus principales temas de investigación están relacionados con este observatorio y comparte con este suplemento los detalles del proyecto.
HAWC es un detector de rayos gamma de muy alta energía que provienen de fuentes celestes en el universo, esta radiación tiene mil millones de veces más energía que los rayos X y un billón de veces más energía que la luz visible o la luz ultravioleta. Esto sólo se produce en fenómenos celestes muy violentos, estallidos de estrellas o en los centros de galaxias activas donde hay un hoyo negro devorando estrellas y expulsando materia a velocidades cercanas a la de la luz.
Este detector funciona con agua contenida en tanques de gran volumen con fotosensores. Estudia los rayos gamma mediante el efecto que generan cuando llegan a las partes altas de la atmósfera y generan partículas que cuando entran al agua producen una luz azul llamada Cherenkov. Los fotosensores detectan la luz que crean estas partículas y envían señales a una unidad central donde se almacenan los datos y se controla todo el experimento.
HAWC constará de 300 tanques de agua con fotomultiplicadores instalados en una superficie de 2,250 m2. Hasta el momento, a un año del inicio del proyecto se ha preparado el sitio y la plataforma, se tiene la infraestructura básica como el camino, electricidad y fibra óptica. Se espera que en septiembre se concluya la primera fase con la instalación de 30 tanques de agua con sus respectivos fotomultiplicadores, esto representará un avance del 10 por ciento del proyecto. Será a finales de 2014 cuando se concluya la instalación de los 300 tanques.
Se espera que al finalizar septiembre se empiecen a operar los primeros tanques para probar el funcionamiento del experimento y dependiendo de algunas condiciones, podrán detectar algunos eventos astronómicos. A mediados de 2013 se habrán instalado 100 tanques con los que será un detector que pueda hacer descubrimientos científicos y al concluir la instalación del cien por ciento del experimento se tendrá todo su potencial.
HAWC será un observatorio de dimensiones relativamente grandes. La altura ideal sería entre los 5 mil y 6 mil metros sobre el nivel del mar porque las cascadas de partículas que se generan en la atmósfera van creciendo hasta cierta altura y después disminuyen. Sin embargo, a estas altitudes las condiciones climatológicas son severas y poco prácticas. Se buscó un área plana con 150 metros por lado y de gran altura, esto llevó al HAWC a la Sierra Negra muy cerca del GTM a 4 mil metros sobre el nivel del mar lo que permite un desempeño satisfactorio, tener agua en condiciones líquidas y con infraestructura ya desarrollada.
Los objetivos de HAWC
El propósito de este experimento es realizar un mapa de dos terceras partes de la bóveda celeste para estudiar fenómenos que sean variables en su emisión de rayos gamma y el estudio de cuerpos celestes que generan altas energías y que son los fenómenos más violentos que hay en el universo. Este instrumento funciona observando hacia el cenit 1, barriendo diariamente dos tercios del cielo y almacenando datos durante los 10 años contemplados de operación. Después de 10 años habrá realizado en mapa muy profundo, un mapa único a nivel mundial.
Hay objetivos concretos de investigación como los del doctor en astrofísica Carramiñana que estudia las estrellas de neutrones de altas masas y que son manifestaciones de materia degenerada. Estas estrellas presentan un estado muy particular de la materia que no se puede generar en un laboratorio en la Tierra, por lo cual sólo se aprende estudiando estos objetos astronómicos.
Antecedente de HAWC
Milagro, instalado en Nuevo México, es el experimento antecesor de HAWC. Su diseño tenías imilitud a una alberca llena de tubos sensores de luz y tanques alrededor. Operó durante ocho años y realizó un mapa del 55 por ciento de la bóveda celeste.
El aprendizaje que dejó Milagro motivó a mejorar el experimento. Las conclusiones radicaron en el diseño, ubicación y la altura del lugar.
HAWC es un diseño más segmentado que permite un mejor procesamiento de las señales y es posible eliminar el ruido o las señales espurias; está ubicado más al sur y es posible observar más del cielo del hemisferio sur, incluido el centro de la galaxia.
Los 150 científicos colaboradores de HAWC publicaron un primer artículo de la potencialidad del experimento de destellos de rayos gamma. Su participación representa a más de 25 instituciones de México y Estados Unidos. Es una de las más grandes colaboraciones entre ambas naciones.
Instituciones como el INAOE, BUAP y la UNAM con los institutos de astronomía, física, ciencias nucleares y geofísica, además de las universidades de Chiapas, Guanajuato, Guadalajara y Michoacán, participan en este proyecto, mientras que por parte de Estados Unidos es-tán la Universidad de Maryland, el Laboratorio Nacional de los Álamos, la Universidad de Nuevo México, Colorado y Wisconsin, por nombrar algunas.
La astronomía en México
La astronomía es una ciencia básica que genera conocimiento y es muy atractiva para el público en general, reúne a miles de personas en la noche de las estrellas para hacer observaciones de cuerpos celestes; aunque no reditúa de manera práctica inmediatamente. En el país hay cerca de 200 astrónomos profesionales que tienen interés en generar conocimiento nuevo, atractivo y novedoso. El desarrollo de experimentos para generar este conocimiento también desarrolla áreas como la medicina, tecnología y utilidades para emplear en la vida práctica.
Que México pueda producir no sólo materias primas sino también tecnología sofisticada es una buena razón para invertir en ciencia básica.
Durante las campañas electorales todos los candidatos a la presidencia de la República propusieron invertir más en ciencia y tecnología y pasar del 0.4 por ciento del PIB al 1 por ciento. Si eso sucede en los próximos seis años habrá un impacto más fuerte del desarrollo científico en la sociedad mexicana.
HAWC es de los primeros ejemplos de protagonismo del país en experimentos de clase mundial además de los científicos que colaboran en proyectos tan importantes como el acelerador de hadrones en Ginebra.
China planea realizar un experimento similar pero se encuentra en una etapa más atrasada. Estará ubicado más al norte por lo que no podrá observar parte del cielo del hemisferio sur. Fuera de México y China no hay ningún otro lugar donde se tenga pensado instalar un experimento con estas características.
Nota
1 Cenit es el punto más alto del cielo con relación al observador.
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