El mayor observatorio de rayos cósmicos selecciona una propuesta de actualización

El perfeccionamiento del observatorio Pierre Auger, en Argentina, permitirá revelar el origen de las partículas subatómicas con mayor energía que se conocen en la actualidad

Por Elton Alisson, desde Buenos Aires

Agência FAPESP – Los 17 países miembros de la colaboración Pierre Auger –Brasil y Argentina inclusive– seleccionaron una propuesta de perfeccionamiento del mayor observatorio de rayos cósmicos en actividad en el mundo, instalado en Malargüe, en la provincia de Mendoza, Argentina, a 1.100 kilómetros de Buenos Aires.

Detalles de dicha propuesta se dieron a conocer durante una mesa redonda sobre grandes colaboraciones científicas que se realizó este miércoles (08/04), durante la FAPESP Week Buenos Aires.

Este evento, realizado por la FAPESP en colaboración con el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet), reúne en Buenos Aires hasta el próximo viernes (10/04) a investigadores del estado de São Paulo y de distintas instituciones de educación superior e investigación de Argentina, con el objetivo de debatir el incremento de la colaboración científica entre ambos países.

“El Observatorio Pierre Auger constituye un buen ejemplo de una gran colaboración científica internacional, y cuenta con la participación efectiva de Argentina y Brasil en el proyecto, la construcción, la operación y el desempeño del sistema de detectores en el trascurso de estos diez años,”, declaró Carola Dobrigkeit Chinellato, docente del Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) de la Universidad de Campinas (Unicamp), a Agência FAPESP.

“La propuesta de perfeccionamiento del Observatorio Pierre Auger permitirá mejorar su capacidad tecnológica, para que podamos complementar los datos de las partículas cósmicas de ultra alta energía que estamos extrayendo con los detectores que tenemos actualmente allí”, sostuvo Chinellato, quien preside la Comisión de Publicaciones del Pierre Auger.

El observatorio astronómico, que entró en operación con recepción de datos en 2004, luego de más de diez años de planificación, cuenta con la participación de alrededor de 500 científicos provenientes de los 17 países que integran la colaboración. Brasil tiene alrededor de un 5% de participación en el proyecto, mientras que Argentina cuenta aproximadamente con un 8%.

La participación de los científicos del estado de São Paulo en la colaboración recibe el apoyo de la FAPESP. En tanto, la participación de científicos de otros estados brasileños es financiada por otros organismos de fomento de la investigación de Brasil.

“Brasil y Argentina son los principales socios de la colaboración Pierre Auger”, afirmó Alberto Etchegoyen, director del Instituto de Tecnología en Detección y de Astropartículas de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) de Argentina, en una conferencia durante el evento.

De acuerdo con los científicos que integran esta colaboración, el Observatorio Pierre Auger ha permitido observar, en el transcurso de los diez años de operación, decenas de rayos cósmicos en la región de energía ubicada arriba de 10²⁰ (cien mil millones de miles de millones) electronvoltios (eV), y confirmó que existe una fuerte supresión del flujo de rayos cósmicos que llegan a la Tierra con energías más altas, arriba de los 5,5 x 10¹⁹ (55 mil millones de miles de millones) eV.

Una de las principales cuestiones que los investigadores que trabajan en el Pierre Auger intentarán responder mediante el plan de perfeccionamiento del observatorio apunta a al origen de esa supresión del flujo de ésas que son las partículas subatómicas más energéticas que se conocen actualmente.

De esta forma, será posible diferenciar si dicha supresión obedece a pérdidas de energía durante la propagación extragaláctica o si es consecuencia de la existencia de un límite máximo de energía de las partículas en sus fuentes galácticas o extragalácticas.

“Al detectar la causa de la supresión del flujo, será posible hallar fuentes o regiones de fuentes de rayos cósmicos de ultra alta energía”, estimó Chinellato.

“La clave para alcanzar ese objetivo reside en la mejora en la detección de la composición de los rayos cósmicos primarios, fundamentalmente en los rangos de energía más altos”, añadió.

De acuerdo con los científicos que participan en la colaboración, uno de los retos a la hora de detectar la fuente y la composición de esas partículas provenientes del espacio está relacionado con que las mismas se miden de manera indirecta.

Cuando una partícula cósmica ultraenergética llega a la atmósfera terrestre, entra en colisión con un núcleo del aire y produce nuevas partículas que, a su vez, también colisionan e interactúan, en un efecto multiplicativo en cascada: así se forma una lluvia atmosférica extensa, constituido por mil millones de partículas, o más.

En el Observatorio Auger se estudian los rayos cósmicos ultraenergéticos que llegan hasta la Tierra a través la medición de esas lluvias atmosféricas extensas que éstos producen en la atmósfera.

La expectativa indica que el programa de perfeccionamiento por el cual pasará el Observatorio Auger permitirá obtener respuestas sobre cuestiones fundamentales inherentes a la naturaleza de los rayos cósmicos de ultra alta energía.

“Para que el Observatorio Pierre Auger alcance esos objetivos científicos, resulta importante mejorar la sensibilidad de los detectores de partículas y extender las observaciones hasta el rango de energía en el cual se observa la supresión del flujo de rayos cósmicos de ultra alta energía”, afirmó Chinellato.

La propuesta seleccionada

De acuerdo con la investigadora, se presentaron cinco propuestas de perfeccionamiento del Observatorio Auger en el marco de la colaboración internacional. Las mismas fueron sometidas a una evaluación a cargo de una comisión de expertos externos.

Cada una de las propuestas comprende una técnica distinta para la identificación y cuantificación de muones –que son partículas subatómicas ultraenergéticas– en las lluvias atmosféricas.

La determinación de la cantidad de muones permitirá obtener información sobre la composición de los rayos cósmicos de más alta energía, explicó Chinellato.

La propuesta seleccionada, denominada Scintillator Surface Detector (SSC), consiste en instalar detectores con centelladores complementarios de 2 m² en la cúspide de cada uno de los 1.660 detectores de superficie allí distribuidos, con un costo de 12 millones de dólares, equivalente a una quinta parte del valor de la construcción del Observatorio.

Los detectores –distribuidos por un área de 3 mil km², en una zona plana situada junto a los Andes– operan en forma ininterrumpida, y consisten en tanques de polietileno en cuyo interior hay 12 mil litros de agua ultrapurificada y sensores fotomultiplicadores.

Cuando las partículas de una lluvia atmosférica atraviesan el agua que se encuentra en el interior de cada tanque, se emite una luz que puede medirse utilizando los sensores.

Antenas acopladas al tanque transmiten los datos por radio a la sede del observatorio en Malargüe, desde donde se los envía para su análisis a cargo de unos 500 científicos de otros lugares del mundo.

Los detectores de superficie actuales del observatorio ya son bastante sensibles a los muones presentes en las lluvias atmosféricas. Así y todo, al complementarlos con los nuevos detectores con centelladores, será posible a su vez complementar las mediciones del componente electromagnético, explicó Chinellato.

“Ya existen prototipos de los detectores centelladores en operación y en fase de pruebas en el Observatorio Auger”, comentó. “Estimamos que durante los próximos dos años, una buena cantidad de los nuevos detectores ya se encontrarán instalados, y así será posible efectuar mediciones más completas de rayos cósmicos de ultra alta energía, sin interrumpir para ello la operación del observatorio”, subrayó.