El Universo violento visto desde Puebla

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M1: La Nebulosa del Cangrejo observada con el Hubble. Crédito:
NASA, ESA, J. Hester, A. Loll (ASU), tomada de
http://apod.nasa.gov/apod/image/1112/m1_hst_2400.jpg

Hay algunos fenómenos conocidos como los más violentos y energéticos del Universo: los agujeros negros súper masivos, las estrellas de neutrones, los sistemas estelares binarios con acreción estelar, las supernovas y los quásares. Viajan, en el agua, más rápido que la luz. Su estudio podría arrojar información sobre la naturaleza de la materia oscura. Son los rayos cósmicos y los rayos gamma, las partículas y los fotones de más alta energía que produce el Universo conocido, y Puebla cuenta ya con un instrumento de última generación, el mejor de su tipo en todo el orbe, para detectarlos y estudiarlos.

Se llama HAWC, acrónimo de High Altitude Water Cherenkov, y es el observatorio de rayos gamma que el pasado 1 de agosto inició operaciones formalmente en las faldas del Volcán Sierra Negra, a cuatro mil 100 metros sobre el nivel del mar. HAWC ya cuenta con 100 de los 300 detectores Cherenkov que lo integrarán una vez que se concluya su instalación en 2014. Cada detector es, de hecho, un enorme contenedor de agua ultra pura de 5 metros de alto por 7.3 metros de diámetro y que ha sido equipado con instrumentación electrónica de muy alta sensibilidad a la luz. Este arreglo monitoreará las 24 horas del día los 365 días del año fuentes celestes emisoras de rayos gamma, y realizará mapeos de más de sesenta por ciento del cielo.

HAWC es un proyecto binacional que recibe financiamiento de diversas instituciones entre las que destacan el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) por parte de México, e instituciones estadounidenses como la National Science Foundation, los Alamos National Laboratory, el Departamento de Energía y la Universidad de Maryland.

Los rayos gamma, radiación electromagnética de muy alta frecuencia, y los rayos cósmicos, partículas subatómicas de muy alta energía; son producto de los eventos más energéticos y violentos en el Universo. Eventos tales como la colisión de estrellas de neutrones, las explosiones de supernovas, los sistemas binarios de estrellas con acreción estelar, y los núcleos activos de galaxias que hospedan agujeros negros millones de veces más masivos que el Sol. Se trata de fotones con energía de millones de millones de eV. Cuando los rayos cósmicos y los rayos gamma llegan a la Tierra, interactúan con las moléculas de aire en la atmósfera. Los rayos gamma, por ejemplo, se transforman en pares de materia cargada y partículas de antimateria (principalmente electrones y positrones). Estas partículas interactúan rápidamente con otras moléculas de aire, produciendo más rayos gamma pero con energía reducida, los cuales a su vez crean más pares de partículas cargadas. Esta reacción en cadena se repite una y otra vez generando una cascada de partículas y radiación que al llegar a nivel de suelo es registrada por los detectores de HAWC.

HAWC detecta esta cascada utilizando la técnica Cherenkov, la cual difiere de las clásicas observaciones astronómicas que utilizan espejos, lentes y antenas. Esta técnica consiste en emplear grandes cantidades de agua ultra pura como medio radiador y unos detectores capaces de captar señales del par de fotones producidos en el líquido. Al entrar al agua, las partículas de la cascada viajan más rápido que la luz dentro de este medio y emiten un tipo de luz conocida como luz Cherenkov, por el nombre de su descubridor. El resultado obtenido es similar a la onda de choque producida en la atmósfera por un avión supersónico pero, en lugar de sonido, las partículas generan un cono visible de luz. Reconstruyendo la señal observada por todos los detectores de luz Cherenkov de manera conjunta, mediante electrónica y equipo de cómputo de alta precisión, es posible determinar el origen, la energía, la dirección, el tiempo de arribo y la naturaleza de la partícula responsable.

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HAWC, visto desde el GTM

En 2009, HAWC se consolidó como el proyecto astronómico mexicano con mayor impacto para la astrofísica de altas energías. En ese año se realizó una primera prueba con tan sólo tres detectores Cherenkov y se resolvieron problemas de diseño y logística relacionados con la gran altura del sitio. En 2011 se concluyó un arreglo prototipo con siete detectores Cherenkov, con los cuales se afinaron los detalles para la construcción de todo el sistema. Hace unos meses los científicos verificaron el buen funcionamiento de HAWC al integrar exitosamente la primera imagen de la sombra de la Luna con observaciones realizadas durante varias semanas y con tan sólo 30 tanques. En abril de este año, HAWC alcanzó un hito importante al lograr la primera imagen de la sombra de la Luna sobre un fondo de rayos cósmicos con observaciones realizadas durante varias semanas y con tan sólo 10 por ciento de su capacidad en ese momento.

Actualmente HAWC enfoca sus esfuerzos en la observación de la Nebulosa del Cangrejo, que se utilizará como calibrador por ser una fuente muy estudiada y conocida. También se trabaja en proyectos como la sombra del Sol debida al fondo de rayos cósmicos y el estudio de la anisotropía a pequeña y a gran escala de rayos cósmicos, entre otros. HAWC se complementará con el telescopio espacial de rayos gamma Fermi y con el detector de neutrinos IceCube, situado en la Antártida.

Instituciones participantes de México:

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (Cinvestav-IPN), Instituto Nacional de Astrofísica Óptica y Electrónica (INAOE), Universidad Autónoma de Chiapas, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Universidad de Guadalajara (UdG), Universidad de Guanajuato (DCI-UDG), Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH), Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Instituto de Astronomía (IA-UNAM), Instituto de Física (IF-UNAM), Instituto de Ciencias Nucleares (ICN-UNAM), Instituto de Geofísica (IGeof-UNAM), Universidad Politécnica de Pachuca.

Instituciones participantes de Estados Unidos:

Colorado State University, George Mason University, Georgia Institute of Technology, Los Alamos National Laboratory, Michigan State University, Michigan Technological University, NASA/Goddard Space Flight Center, Ohio State University at Lima, Pennsylvania State University, University of California, Irvine, University of California, Santa Cruz, University of Maryland, University of New Hampshire, University of New Mexico, University of Utah, University of Wisconsin Madison.

Más información

http://www.hawc-observatory.org/

* grivera@inaoep.mx