En las laderas del volcán mexicano de Sierra Negra, a más de 4.000 metros sobre el nivel del mar, se extienden 300 tanques de cinco metros de altura por más de siete metros de ancho llenos de agua. Este experimento de 20.000m2 filtra rayos cósmicos y gamma con el objetivo de dibujar el mapa del cielo de altas energías.

Después de siete años de preparación y construcción el viernes autoridades de México y Estados Unidos inaugurarán HAWC (The High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory), el nuevo detector que cuenta con la colaboración de 29 centros de investigación y las agencias gubernamentales de ambos países que han invertido $15 millones. Unos 130 científicos trabajan directamente con el instrumento.

“La sensibilidad de este detector es hasta 15 veces mayor que los anteriores”, señala Alberto Carramiñana, portavoz de HAWC en México y director general del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE). El experimento, situado en los límites de Puebla y Veracruz, tiene un campo de visión de un 15% y al cabo de 24 horas observa dos terceras partes de la bóveda celeste que cada día le pasa por encima.

Los rayos cósmicos son partículas subatómicas que viajan a gran velocidad y los rayos gamma son fotones que ocupan la parte más energética el espectro electromagnético. La fuente de estos fenómenos astrofísicos es desconocida, pero los investigadores sospechan de las supernovas y los agujeros negros. Cuando uno de estos rayos traviesa la atmósfera terrestre se desencadena una cascada de partículas que produce radiación Cherenkov, un centelleo que miden sensores de luz en el fondo de los tanques de agua.

HAWC es capaz de medir energías que van desde los 100 GeV (100 veces la masa de un protón) hasta 100 TeV, diez veces más energía que la que alcanza el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, donde se localizó el bosón de Higgs. “Estamos detectando 20.000 cascadas por segundo, la mayoría son rayos cósmicos”, cuenta Andrés Sandoval, responsable de las investigaciones mexicanas y científico en el Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

En el equipo de construcción, diseño y análisis de datos de HAWC también hay científicos interesados en materia oscura. “Somos capaces de detectar rayos gammas de muy alta energía, por eso también podemos buscar partículas de materia oscura muy masivas que son difíciles de observar”, declara Segev BenZvi, profesor de la Universidad de Rochester (EE. UU.), que espera observar “algo totalmente inesperado”.

El instrumento forma parte de la segunda generación de experimentos de tanques de agua. Su antepasado Milagro, de (EE.UU.),  consiste en una única piscina para detectar los rayos cósmicos y gamma. Ahora, la división de la infraestructura en tanques como HAWC facilita la identificación de la región concreta de detección, así como la reparación del experimento en caso de que uno de ellos falle. Para su construcción se han invertido 55 millones de litros de agua, lo equivalente al peso de 110 aviones comerciales Boeing 747 totalmente cargados.
 

                                                                                                                      HAWC/WIPAC



Escobas del universo
A pesar de que su inauguración oficial será el viernes, HAWC recoge datos desde mediados de 2012 con la instalación a medio construir. Su primera observación fue la sombra de la luna en rayos cósmicos con 30 detectores de agua instalados. “La sombra nos ha servido para saber que estamos apuntando en la dirección correcta”, cuenta Sandoval sobre los trabajos para calibrar el experimento.

A finales del año pasado el detector ya había recolectado y diferenciado alrededor de 50.000 millones de rayos cósmicos y gamma, gracias a la instalación de un centenar de tanques. A principios de este año se instaló el último tanque de agua. “Medir la llegada de cascadas de partículas en cada tanque con un nanosegundo de precisión es importante para calibrar bien el instrumento en el tiempo y poder reconstruir la dirección de la cascada”, relata Sandoval.

A día de hoy ya existen diferentes experimentos en todo el mundo para cazar rayos cósmicos y gamma. En el espacio, el satélite Fermi de la NASA persigue rayos gamma como también lo hace su homólogo italiano AGILE. El Espectrómetro Magnético Alpha (AMS) de la Estación Espacial Internacional se interesa por los rayos cósmicos.

“Es interesante detectar los mismos fenómenos desde diferentes fuentes para observarlos desde otra frecuencia, ya que son muy variables en el tiempo”, comenta Sandoval sobre la colaboración con otros experimentos como Fermi.

Además, hay tres sistemas de telescopios activos en la caza de rayos cósmicos y gamma: HESS en Namibia, VERITAS en Arizona (EE. UU.) y MAGIC en las islas Canarias (España). Oscar Blanch, uno de los portavoces de MAGIC e investigador del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE), señala que HAWC les proporcionará un barrido del cielo para enfocar mejor con el telescopio las regiones del cielo con más actividad.

“Aunque los telescopios ven mucho más profundo, nuestra extensión es 100 veces mayor de día y de noche”, comenta Carramiñana. El portavoz mexicano del experimento defiende que el proyecto es “una gran oportunidad” para su país. México se beneficia de ventajas estratégicas circunstanciales, como disponer de zonas de gran altitud con buena accesibilidad y una temperatura moderada –entre 4°C y 5°C–, y cerca del Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano, en el pico de Sierra Negra.

Datos para años
“En 10 años habremos sacado suficiente provecho del experimento”, comenta Carramiñana. Según BenZvi la esperanza de vida de HAWC brinda la posibilidad de ver un nuevo tipo de fuente de rayos gamma o una señal inesperada. “Esto es lo que hace realmente divertido trabajar con HAWC”, asegura.

Cada año el experimento almacenará un petabyte de información. Si fuera música en formato mp3 uno tendría que dedicarle 2.000 años de tiempo sin interrupción para escucharlo todo, compara Sandoval.

Cuando la recogida de datos finalice los científicos deberán desmantelar el experimento y replantar la zona con vegetación autóctona del parque nacional de Pico de Orizaba, al sur de México. Para velar por el buen manejo de los recursos naturales en esta zona protegida donde se encuentra el observatorio,  en el equipo de investigación del experimento hay un ecólogo. Carramiñana concluye que deben ser "buenos vecinos" con el entorno.