Un nuevo telescopio detectará la radiación de mayor energía generada en el Universo

El primero de los nueve artefactos sensibles a los rayos gamma desarrollado por astrónomos de Brasil, Italia y Sudáfrica empezó a ser erigido en Tenerife, España

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – Astrónomos de Brasil, Italia y Sudáfrica han empezado a instalar en el Observatorio del Teide, en Tenerife, en el archipiélago de Canarias, España, el primero de nueve telescopios Cherenkov que serán capaces de detectar la radiación de la más alta energía generada en el Universo: los rayos gamma de energías extremas.

La instalación del complejo completo de nueve telescopios estará concluida en el segundo semestre de 2023, y la obtención de las primeras imágenes astronómicas se estima que se concretará en 2024.

Los científicos brasileños han venido participando en todas las etapas de construcción del primer telescopio, con el apoyo de la FAPESP en el marco de un Proyecto Temático.

“La participación brasileña en este proyecto tiene una importancia estratégica muy grande para Brasil pues permite que el país ingrese en el desarrollo de la instrumentación para la astronomía multifrecuencias”, le dice a Agência FAPESP Elisabete de Gouveia Dal Pino, docente del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP) y coordinadora del proyecto.

“El país cuenta con un cierto historial en el desarrollo de instrumentación para telescopios ópticos y radiotelescopios, y ahora está poniendo en marcha su participación en la astronomía de rayos gamma. De esta forma, estamos cubriendo las frecuencias del espectro desde el radio hasta los rayos gamma”, sostiene Gouveia Dal Pino.

El instrumento desarrollado por los científicos brasileños e italianos es el primer telescopio que integrará el ASTRI Mini-Array, un conjunto de nueve telescopios Cherenkov, con cuatro metros de diámetro, cuya estructura será la misma utilizada en los telescopios denominados de tamaño pequeño (en inglés SST) que compondrán el Cherenkov Telescope Array (CTA), el mayor observatorio astronómico de rayos gamma del mundo, colaboración en la cual el grupo de Dal Gouveia Pino también participa. El grupo es responsable de la construcción de tres de los nueve telescopios del ASTRI Mini-Array.

Con un costo estimado en 400 millones de euros y la participación de 31 países –Brasil inclusive−, el CTA estará compuesto por una red de alrededor de cien telescopios de tipo Cherenkov, capaces de detectar y generar imágenes de lluvias de partículas de luz altamente energizadas producidas cuando los rayos gamma provenientes del espacio inciden sobre la atmósfera.

Al llegar a la Tierra, los rayos gamma colisionan con moléculas del aire y dan origen a partículas secundarias subatómicas –electrones y positrones–, que caen en forma de cascadas, también conocidas como lluvias de partículas.

Estas partículas de alta energía pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz, dando origen a un flash azul similar a una onda de choque producida por un avión supersónico al romper la barrera del sonido. A este efecto se le dio en nombre de “radiación o luz de Cherenkov” en homenaje al físico ruso Pavel Cherenkov (1904-1990), que lo descubrió experimentalmente (lea más en: agencia.fapesp.br/25624/).

“La posibilidad de observar el Universo en ese rango extremo del espectro solamente fue posible recientemente por medio de tanques de agua sensibles a la radiación de Cherenkov, instalados en el Observatorio de Rayos Gamma HAWC, en México, y del LHAASO [las siglas en inglés de Gran Observatorio de Altitud Elevada de Lluvias Aéreas, situado en China]. Pero las señales obtenidas por esos medios son de baja resolución. De esta forma, no es posible tener seguridad con relación a la fuente de la señal capturada”, dice Gouveia Dal Pino.

Con una mayor resolución

Según la investigadora, el CTA permitirá aumentar hasta diez veces la resolución de esas fuentes. Esto será posible en razón del área de captación del complejo de telescopios y de una combinación de tres tipos de esos telescopios Cherenkov de distintos tamaños, distribuidos en dos sitios, el mayor de ellos en Cerro Paranal, en el Observatorio Europeo del Sur (ESO), en el Desierto de Atacama (Chile), y otro en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma, Canarias, España.

En Cerro Paranal, en una primera etapa de construcción, se distribuirán en un área de aproximadamente tres kilómetros cuadrados (km²) 14 telescopios de mediano porte, con 12 metros de diámetro, y 37 de pequeño porte, de cuatro metros de diámetro. Este conjunto de telescopios se destinará sobre todo a registrar eventos más energéticos y muy luminosos en la Vía Láctea.

En tanto, en La Palma, Canarias, se instalarán en esa primera etapa, a lo largo de un área con alrededor de 0,5 km², cuatro telescopios de gran porte, de 23 metros de diámetro, y otros nueve de mediano porte, con foco en la observación de eventos extragalácticos menos energéticos y menos luminosos.

Los telescopios mayores se orientarán a los efectos de captar los fenómenos que produjeron energías menores, de poca luz. En tanto, los telescopios menores tendrán la función contraria, de observar eventos extremadamente energéticos y luminosos. Y los de tamaño intermedio harán el puente entre ambos extremos.

En el marco de un proyecto también apoyado por la FAPESP, otro grupo de científicos brasileños, encabezado por Luiz Vitor de Souza Filho, docente del Instituto de Física de São Carlos de la USP, desarrolló la estructura metálica empleada para ubicar las cámaras de los telescopios medianos.

“Con esta configuración de telescopios con tres tamaños distintos será posible observar la radiación gamma en un rango de energía muy extenso, entre 20 gigaelectronvoltios (GeV) y 300 teraelectronvoltios (TeV)”, explica Gouveia Dal Pino.

De acuerdo con la investigadora, todas las pruebas, que empiezan a realizarse ahora con el complejo de telescopios del ASTRI que se está instalado en Tenerife, en colaboración con los astrónomos italianos y sudafricanos, serán sumamente útiles para el CTA.

“Las pruebas permitirán efectuar modificaciones tendientes a corregir eventuales pequeños errores estructurales”, afirma.

El comienzo de la construcción del CTA Norte, en Cerro Paranal, se puso en marcha antes de la pandemia de COVID-19, y la del Sur, en España, estaba prevista para este año. Con todo, la pandemia, la erupción del volcán Cumbre Vieja en Canarias, en septiembre de 2021, y más recientemente, la guerra en Ucrania, contribuyeron para atrasar el proyecto.

“En estos últimos años han acaecido ciertos eventos que afectaron el cronograma del CTA. La guerra en Ucrania, por ejemplo, disminuyó la oferta y contribuyó para elevar el precio del acero, toda vez que buena parte del metal empleado en Europa proviene de ese país”, explicó Gouveia Dal Pino.