• El Observatorio de rayos gama HAWC es único en su género
• HAWC observará los eventos más energéticos del universo
• Ya se tiene un primer mapa del cielo con el prototipo de HAWCGrupos de los Institutos de Astronomía y de Física de la UNAM, del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla y de la Universidad Autónoma de Chiapas instalaron un primer prototipo del observatorio de altas energías, llamado HAWC, por “High Altitude Water Cherenkov” (observatorio de luz Cherenkov en agua), en la cima del Volcán Sierra Negra, en el Estado de Puebla, a una altitud de 4,530m, a unos cuantos kilómetros del Gran Telescopio Milimétrico.
El Observatorio HAWC es único en su género, distinto al concepto clásico de espejos, lentes y antenas. Consiste en un arreglo de contenedores llenos de agua pura y sensores de luz que observan partículas sumamente energéticas provenientes de los eventos más violentos del universo. El prototipo instalado está conformado por 3 contenedores de agua de 3.0m de diámetro, 4m de alto y un sensor de luz en cada uno. El Observatorio terminado consistirá de un arreglo de 300 contenedores de 5m de alto y de 7.3m de diámetro.
Fig. 1. Fotomontaje de cómo se vera el observatorio HAWC en el Volcán Sierra Negra a una altitud de 4100m. Enfrente el Volcán Pico de Orizaba.
Fig.2. Foto de los tres contenedores de agua del arreglo prototipo de HAWC a 4530m de altura. T1 a la derecha detrás de la rampa y junto a una caseta de piedra. T2 hacia el final de la meseta casi al centro de la imagen y el último (T3) del lado derecho junto a otro contenedor de color azul. El pico del Volcán Sierra Negra se encuentra a la derecha y el Volcán Pico de Orizaba detrás del fotógrafo.El objetivo de la construcción de este prototipo es resolver los problemas de diseño y logística relacionados con la altura del sitio. Durante 3 meses se trabajo en montar los tanques, en llenarlos de agua purificada e instalar los detectores y la electrónica de adquisición de datos. En marzo de este año, el esfuerzo fructíferó y se tomaron los primeros datos de chubascos de rayos cósmicos y de rayos gama que llegaron al prototipo.
Los rayos gama (radiación electromagnética de muy alta frecuencia) y los rayos cósmicos (partículas subatómicas que viajan a gran velocidad) son producto de los eventos más energéticos y violentos del universo, como lo es la explosión de una supernova o la presencia de un hoyo negro super-masivo. Llegan a cada momento y sin descanso a nuestro planeta. Se les detecta en mayor cantidad a grandes alturas, pues nuestra atmósfera los detiene, protegiendo así la vida en la superficie. La detección y estudio de fuentes de rayos gama son motivo de discusión e investigación científica de frontera.
Cuando un rayo gama alcanza la atmósfera terrestre interacciona con las moléculas de aire y se convierte en par de partículas cargadas de materia y anti-materia es decir en un electrón y un positrón. El positrón pronto se encuentra con otro electrón y juntos se aniquilan para formar un par de rayos gama de menor energía que el original. Los electrones chocan con átomos de la atmósfera y se frenan emitiendo rayos gama. Estos rayos gama se vuelven a convertir en un positrón y electrón. Y así sucesivamente se van multiplicando el número de rayos gama, electrones y positrones formando una cascada de partículas que cruza la atmósfera hasta llegar a HAWC. Los rayos cósmicos también producen cascadas que además contienen partículas más pesadas como muones y piones.
Las partículas de las cascadas entran en los contenedores en donde viajan mas rápido de lo que la luz viaja en el agua. Y como un avión supersónico emite una onda de choque a su paso. Las partículas van dejando su estela de luz visible que nos permite saber que han pasado por ahí. La cascada dejará una señal de luz a un cierto tiempo en los detectores de HAWC, lo que nos permitirá determinar su energía, dirección y si era un rayo gama o un rayo cósmico. Como cada contenedor esta aislado de la luz exterior, un observatorio como HAWC puede trabajar incluso de día.
Fig.2. Vista artística de un agujero negro emitiendo rayos gama. Uno de estos rayos gama llega a la atmósfera y produce una cascada de partículas que avanzara hasta la superficie terrestre. Credito: Aurore Simonnet, Sonoma State University.
Fig.3. Simulación de un contenedor de agua de los que podría utilizar HAWC. Abajo, en la base del contenedor uno de los sensores de luz visible. Las líneas verdes simulan la luz de Cherenkov radiada por una partícula que pasa por el contenedor.
Con solo 3 tanques, este pequeño arreglo determino la dirección de cada cascada de partículas que le llego a él y por lo tanto la dirección de la partícula que la origino (para determinar la energía y si fue rayo gama o rayo cósmico se requiere de varias decenas de contenedores). Así, por primera vez, se obtuvo un mapa del cielo en rayos cósmicos desde México.
Fig. 3 Cada símbolo sobre la esfera indica la dirección de cada rayo cósmico que observo el prototipo de HAWC. La región a la izquierda no tiene símbolos ya que en esa dirección no llegan cascadas de partículas debido a que el pico del Volcán Sierra Negra las bloquea.Lo que vemos ahora se compara con ver el cielo a plena luz del día. Las cascadas de rayos cósmicos nos impiden ver las fuentes de rayos gama al igual que la luz del día nos impide ver las estrellas. Conforme vaya creciendo el arreglo de HAWC, se podrán eliminar todas aquellas cascadas generadas por rayos cósmicos, para irnos dejando solo un mapa de fuentes de rayos gama y cada día podremos ver el paso de la Nebulosa del Cangrejo sobre HAWC.
Este resultado es de gran importancia pues muestra que el diseño de HAWC es viable y que funciona como lo esperado. Demuestra también que la comunidad de científicos mexicanos es de primer nivel y que tienen la capacidad de llevar a cabo un proyecto de esta magnitud en los tiempos y con la calidad requerida. Por ultimo, este resultado es la semilla del proyecto HAWC.
En la construcción de HAWC participan 11 instituciones mexicanas y 12 estadounidenses. Las instituciones mexicanas que lideran el proyecto son el Instituto de Astronomía y el Instituto de Física, ambos de la Universidad Nacional Autónoma de México, así como el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica. Este primer arreglo fue financiado por estas instituciones y la Universidad de Chiapas. El financiamiento total del proyecto incluirá al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), la National Science Foundation (NSF-USA) y la Universidad de Maryland, USA.
A cuatrocientos años de que Galileo utilizó el primer instrumento para observar el firmamento al parecer inmutable, la colaboración HAWC propone utilizar un nuevo concepto de observatorio basado en contenedores de agua a gran altura para observar los procesos más violentos del universo.
