Astrofísica sin espejos

Para estudiar las partículas que emiten las remanentes de estrellas supernovas o los núcleos de galaxias es necesario rastrear su trayectoria, de manera similar a como se observan las ondas que deja una piedra cuando es lanzada sobre la superficie de un lago.

Pero para "ver" esa clase de radiaciones invisibles -miles de millones de veces más energéticas que la luz visible- que constantemente llegan a la Tierra no servirían los telescopios ópticos convencionales fabricados con lentes de refracción. Se requieren equipos especiales con detectores de alta sensibilidad.

Por ello, un equipo formado por 14 instituciones científicas de México y 15 de EU puso en marcha un observatorio único en su tipo en el mundo, constituido por 100 detectores de rayos gamma emplazados a 4 mil 100 metros de altitud, en el volcán Sierra Negra, en los límites entre los estados de Puebla y Veracruz.

El observatorio, denominado HAWC (siglas en inglés de Observatorio Cherenkov de Agua de Gran Altitud) podrá captar 16 mil cascadas de rayos gamma por segundo. Permitirá al equipo multinacional, liderado por la UNAM y el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) estudiar los fenómenos más energéticos del universo.

"Los rayos gamma de alta energía no penetran la atmósfera, sino que chocan a unos 50 o 100 kilómetros de altitud y generan una cascada de otras partículas (secundarias) que se propagan casi a la velocidad de la luz. Por eso tenemos que ir lo más arriba posible", explica el investigador Andrés Sandoval Espinosa.

El académico del Instituto de Física y responsable del proyecto por parte de la UNAM, refiere que el mayor número de partículas se genera a aproximadamente 6 mil metros de altitud. "A 4 mil metros todavía tenemos muchas de ellas, que podemos detectar para reconstruir la dirección y determinar la energía del rayo gamma original que las produjo".

 DESTELLOS BAJO EL AGUA Sandoval refiere que este observatorio es único en el mundo, pues en lugar de arreglos con espejos -que se tienen en otros sitios detectores de rayos gamma- opera con un equipo muy simple: 100 grandes contenedores tipo tanque con 180 mil litros de agua pura cada uno.

En el fondo de cada contenedor se localizan cuatro dispositivos electrónicos de alta sensibilidad llamados fotomultiplicadores, que registran con precisión nanométrica la señal de las partículas de alta energía cuando atraviesan el agua y generan un destello (radiación de Cherenkov).

La radiación de Cherenkov -lleva este nombre en honor del físico soviético que la descubrió en 1934- se produce cuando un medio transparente, como en este caso el agua, es atravesado por partículas con carga eléctrica a altas velocidades, mayores de las de la luz en el mismo.

Esta especie de onda de choque puede apreciarse como un destello azulado en los reactores nucleares. Pero en este caso su presencia es registrada mediante señales electrónicas que los fotomultiplicadores envían a sistemas de cómputo para ser procesadas e interpretadas.

"La idea en que se basa el observatorio HAWC es detectar las partículas directamente y no la luz Cherenkov que emiten, como sucede con los telescopios atmosféricos; para esto se necesita un área muy grande, ya que las cascadas que llegan a la Tierra tienen cientos de metros de diámetro", aclara el doctor Sandoval.

Otra ventaja del nuevo observatorio, ubicado en el Parque Nacional Pico de Orizaba, es su costo: "la construcción requirió unos 12.5 millones de dólares, mientras el telescopio Cherenkov más grande localizado en Namibia debe costar unos 30 millones de dólares", explica el físico.

 EN LA FRONTERA DEL  CONOCIMIENTO William Lee, director del Instituto de Astronomía de la UNAM -que también participa en el HAWC- consideró que este observatorio ampliará la frontera del conocimiento científico en el país, pues permitirá estudiar eventos altamente energéticos, como explosiones de supernova o núcleos activos de galaxias.

También ayudará a analizar otros fenómenos astronómicos como los que suceden en el Sol o las estrellas de neutrones que emiten pulsos de energía en forma periódica (púlsares), según expresó el director del INAOE Alberto Carramiñana durante el anuncio de operaciones del nuevo observatorio.

"En la detección de rayos gamma este equipo (HAWC) es único en el mundo. Otros utilizan detectores de agua para ver las partículas, pero se han diseñado para rayos cósmicos, como el Pierre Auger, localizado en Argentina, que se extiende en una zona de 20 kilómetros cuadrados", precisa el doctor Sandoval.

"En el HAWC definimos el momento en que llega la señal a cada detector (fotomultiplicador) con una precisión superior a una mil millonésima de segundo, tiempo en el que la luz viaja unos 30 centímetros. Eso nos permite deducir la inclinación en la trayectoria de la cascada de partículas", expone el investigador.

"Si el rayo gamma viniera del cenit y la cascada se propagara horizontalmente, las partículas llegarían al mismo tiempo a los tanques; si de algún punto nos llegan más rayos gamma que del resto del cielo, esto podría indicar una fuente emisora, como los restos de una supernova. De esta manera podemos hacer astronomía con contendedores de agua", añade el doctor Sandoval.

Los 100 contendedores de agua del HAWC que ahora comenzaron a funcionar tienen una estructura modular, de modo que se agregarán otros 200 para tenerlo a su máxima capacidad de operación hacia 2014. El observatorio, que tiene aportaciones financieras del Conacyt y el Departamento de Energía (EU), tendrá una vida útil de una década.