Han pasado 10 años desde la inauguración y puesta formal en operación del observatorio de rayos gamma HAWC, el 20 de marzo de 2015. Desde entonces, HAWC ha registrado más de 6 billones 300 mil millones rayos cósmicos, identificando un centenar de fuentes celestes de rayos gamma de muy alta energía, algunas situadas en la Vía Láctea y otras en los núcleos de galaxias activas. Si bien HAWC cumple 10 años, empezó como proyecto en México hace casi veinte años, resultado a su vez de un proceso de seis décadas que inició con los primeros arreglos de detectores de partículas cósmicas. HAWC fue propuesto a grupos científicos de México a principios de 2006 por pares estadounidenses involucrados en el observatorio MILAGRO, un detector de tipo Cherenkov de agua que operó en Nuevo México entre 1998 y 2008, siendo finalmente desmantelado para allanar el camino al desarrollo de HAWC.
Los grandes detectores de rayos cósmicos y gamma tienen un antecedente en 1939, cuando Pierre Auger mostró que muchas de las partículas cósmicas descubiertas por Victor Hess en 1912 alcanzaban energías por encima de mil billones electrón-volts (abreviado como 1015 eV). Auger dejó claro que, al entrar a la atmósfera, estas partículas de alta energía desencadenan chubascos de millones de partículas secundarias que cubren cientos de metros.
La Segunda Guerra Mundial interrumpió la investigación en rayos cósmicos. También forzó al brillante científico Bruno Rossi a emigrar de la Italia de Mussolini e instalarse en Estados Unidos, donde formó un grupo de investigación que en los 1950 mostró la factibilidad de estudiar rayos cósmicos de muy alta energía a partir de sus partículas secundarias, para poco después desarrollar el primer arreglo de detectores para el estudio de rayos cósmicos. Este experimento, ubicado en Massachusetts, registró chubascos de partículas producidos por rayos cósmicos con energías por encima de 1018 eV, mil veces mayores que las estimadas por Pierre Auger.
Los detectores que conforman estos arreglos de superficie deben ser capaces de registrar el fugaz paso de partículas individuales de alta energía. Los primeros arreglos emplearon líquidos centelleadores, pronto reemplazados por materiales plásticos. Fue en los 1960, cuando científicos de la Universidad de Leeds probaron el uso de agua para la detección de partículas energéticas aprovechando el efecto Cherenkov, el cual se da cuando una partícula cargada atraviesa un medio a una velocidad mayor que la de la luz en ese medio. Al viajar la luz en el agua a 3/4 partes de su velocidad en el vacío, la mayoría de partículas de alta energía que atraviesan el agua emiten luz Cherenkov, registrada fácilmente en estos experimentos. El innovador arreglo de Haverah Park, Yorkshire, inició operaciones en 1967 y se dedicó al estudio de rayos cósmicos por veinte años.
Un problema para el estudio de los rayos cósmicos radica en que el movimiento de estas partículas, al tener carga eléctrica, se ve influenciado por campos magnéticos, como el de la Vía Láctea. Los movimientos de estas partículas en nuestra galaxia se tornan caóticos, haciendo que las direcciones de arribo que se miden en la Tierra no apunten en el cielo a la fuente que las produjo. En los 1980 quedó claro que para revelar el origen de estas misteriosas partículas es necesario identificar rayos gamma, los cuales no son afectados por campos magnéticos, producidos en los mismos objetos que aceleran las partículas cargadas a energías gigantescas. Dadas las ventajas de situar estos observatorios a gran altura, grupos en Estados Unidos instalaron un primer observatorio, denominado Cygnus, en Nuevo México, a 2 mil 100 metros, para luego construir el observatorio Cherenkov de agua Milagro, cerca de Los Álamos, a 2 mil 650 metros. Por su parte, grupos científicos de China, en colaboración con colegas europeos, instalaron en los mismos años un arreglo de plásticos centelleadores, Tibet ASγ, a 4 mil 300 metros en la región de Yangbajing.
Tanto Milagro como Tibet ASγalcanzaron el hito de identificar por fuentes de rayos gamma de energías superiores a 1012 eV con arreglos de detectores de superficie. Entre 2004 y 2007, Milagro reportó la detección objetos como la Nebulosa del Cangrejo, la galaxia activa Markarian 421 y el remanente de supernova G40.5-0.5. Si bien las capacidades del detector estadounidense eran superiores, sus pares chinos tenían la ventaja de un sitio de mayor altura. Esto motivó a los grupos involucrados en Milagro a buscar la instalación de un mejor detector Cherenkov de agua, HAWC, en un mejor sitio: el volcán Sierra Negra.
HAWC, acrónimo de High Altitude Water Cherenkov, es un detector de agua ubicado en el volcán Sierra Negra, a menos de seis kilómetros del cráter del Citlaltépetl. La propuesta de 2006 por la Universidad de Maryland y Los Alamos National Laboratory a grupos mexicanos fue recibida positivamente, fructificando en la gestión de permisos y recursos, de forma que en julio de 2009 se abrió un acceso de casi un kilómetro desde el camino al Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano hasta la ubicación actual de HAWC. En 2011 se instaló una línea eléctrica subterránea y fibra óptica, para proceder a la nivelación de una plataforma de unos 150 metros de lado y la instalación de los 300 detectores que conforman el arreglo, iniciada en enero de 2012. En septiembre del mismo año se habían instalado 30 tanques, permitiendo la detección de la sombra de la Luna en el fondo de rayos cósmicos, reportada siete meses después. En agosto de 2013, con poco más de cien detectores y mayores capacidades que Milagro, HAWC inició observaciones continuas, abriendo la puerta a las primeras publicaciones científicas. La instalación de los 300 detectores se completó en diciembre 2014, cumpliendo con los tiempos, el presupuesto y los alcances especificados en las solicitudes de apoyo presentadas en Estados Unidos a la National Science Foundation (NSF) y el Department of Energy (DoE), y en México al Conacyt (posteriormente Conahcyt, hoy SECIHTI). Así, el observatorio de rayos gamma HAWC fue inaugurado por la directora de la NSF y el director de Conacyt el 20 de marzo de 2015, día del equinoccio de primavera.
HAWC ha tenido un impacto tangible en temas de investigación como rayos cósmicos, fuentes astrofísicas de rayos gamma asociadas a objetos compactos, explosiones de supernova y regiones de formación estelar de nuestra galaxia, la actividad solar y el entorno de la heliósfera, así como en galaxias activas cercanas. Estos resultados han sido reportados en unos 80 artículos publicados en revistas de prestigio internacional, más de sesenta tesis de posgrado y un gran número de congresos internacionales. La colaboración HAWC, originalmente binacional, se ha expandido para incluir más de doscientos científicos de los dos países promotores así como de Europa, Asia y América Latina. El observatorio HAWC es operado por un equipo de técnicos que radican en las comunidades aledañas al Parque Nacional Pico de Orizaba.
En estos años, inspirados en buena medida por el éxito del observatorio HAWC, han surgido iniciativas que buscan ir más allá de lo alcanzado por HAWC en Sierra Negra. En 2015 los grupos Chinos y Europeos propusieron el observatorio LHAASO, que incluye un detector Cherenkov de agua cuatro veces mayor que HAWC. LHAASO inició operaciones en el Tibet en 2019, descubriendo rápidamente nuevas fuentes de rayos gamma. Por otro lado, una colaboración de catorce países, incluyendo México, Estados Unidos, Europa y China, busca el desarrollo del Southern Widefield Gammaray Observatory (SWGO), un observatorio de dimensiones similares a LHAASO en el hemisferio Sur, concretamente en Chile, a 4800 metros de altura. Si bien el entorno se vuelve más competitivo, el mundo es suficientemente grande como para que HAWC pueda seguir aportando al conocimiento de las enigmáticas partículas cósmicas.
