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Biblioteca de la Universidad Complutense de Madrid

Martes, 19 de noviembre de 2019

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La Complutense acoge la reunión que plantará las bases para diseñar el Conjunto de Telescopios Cherenkov

Entre los días 18 de noviembre y 2 de diciembre, la Universidad Complutense ha acogido el CTA Meeting Madrid 2011. En esta reunión se han registrado 275 científicos e ingenieros, a los que hay que sumar 80 participantes del workshop de industrias, es decir, 350 personas en total. Lo que les ha unido a todos ellos es el diseño de un observatorio de rayos cósmicos de muy alta energía, el CTA (Cherenkov Telescope Array, Conjunto de Telescopios Cherenkov).

La estructura de una reunión de este tipo se asemeja a una tela de araña. Los primeros días se organizan lo que se conoce como "sesiones paralelas", que son específicas de un tema concreto relacionado por ejemplo con las cámaras de los telescopios, los espejos, el software, cómo procesar en tiempo real el volumen de datos... Tras esas sesiones paralelas llegan las plenarias con la inauguración oficial del congreso.
La organización del meeting ha estado a cargo de tres grupos de investigación madrileños, uno del CIEMAT (con Carlos Delgado como representante), y dos de la UCM, de los departamentos de Física Aplicada III y de Física Atómica, Molecular y Nuclear, representados por José Miguel Miranda y José Luis Contreras. Los profesores complutenses explican que la UCM es la universidad española que lleva más tiempo implicada en el estudio de este tipo de partículas. Delgado es portavoz de los grupos españoles del CTA, mientras que Miranda es el máximo responsable, a nivel internacional, de los ensayos de fiabilidad de todos los subsistemas críticos del observatorio, el análisis de riesgos y los protocolos de seguridad.


Telescopios Cherenkov
Los telescopios Cherenkov, denominados así en honor al premio Nobel de Física del mismo nombre, captan un tipo de luz con mucha más energía que la de la luz visible. Normalmente, los fotones de muy alta energía se observan desde el espacio con globos o con cohetes, lo que supone unos costes enormes y un rango de energías de observación muy pequeño. Por suerte, los rayos cósmicos ultraenergéticos producen una cascada de partículas en el momento en el que colisionan con la atmósfera de nuestro planeta. Parte de la radiación que emiten dichas partículas llega a la superficie como luz visible, eso es lo que captan los telescopios Cherenkov.
La primera fuente de estos rayos gamma de origen cósmico se detectó en los noventa y enseguida se comprobó que podían servir como otra manera de hacer astronomía y de conocer más sobre el universo. Desde ese momento ha habido varios experimentos y detectores y de aquella primera fuente se ha pasado ya a 120.
En la actualidad conviven tres experimentos en el mundo, uno en Namibia (HESS), otro en Estados Unidos (VERITAS) y un tercero en La Palma (MAGIC). La comunidad científica ha decidido organizarse para hacer una única colaboración que va a tener dos observatorios, uno en el hemisferio sur y otro en el norte. CTA se convertirá en una parte estándar de la astrofísica, con observatorios abiertos, donde todo el mundo va a poder enviar propuestas. Es una iniciativa, sobre todo europea, pero también cuenta con el respaldo de Japón, India, Estados Unidos, Brasil y Sudáfrica.


CTA
En 2007 se celebró en Barcelona el denominado kick-off meeting y desde entonces se han celebrado dos reuniones anuales. Este de Madrid es el primero en ofrecer un workshop de empresas y en él se ha hablado mucho del diseño, para saber cómo van a ser los observatorios y dónde se van a colocar. Los representantes complutenses aseguran que España tiene bastantes posibilidades de que el observatorio del hemisferio norte se construya en las Canarias, en concreto en Tenerife.
España tendrá que competir con otras propuestas como las de México (Baja California), Estados Unidos y la menos probable de India. En el sur se presentan Namibia y Sudáfrica como candidatura conjunta, además de Argentina.
Para la construcción se buscan sitios que estén cerca del Ecuador, en un franja en torno a los 30 grados de latitud, de altitudes en torno a 2500-3000 m sobre el nivel del mar, que sean claros, que no tengan nubes y además que cuenten con una extensión aproximada de un kilómetro cuadrado para construir. Se trata de ubicar unos sesenta o setenta telescopios en el hemisferio sur, y algunos menos en el norte.
La fase preparatoria, toda la parte del diseño, se extenderá hasta 2013 y se espera que en 2014 comiencen a instalarse los primeros telescopios. En la fase actual del proyecto los grupos españoles disponen de financiacion para desarrollar prototipos de subsistemas donde se requieren tecnologias electrónicas punteras, y además el proyecto está incluido en el mapa del ESFRI (Foro Estratégico Europeo de Infraestructuras de Investigación), que incluye las grandes instalaciones científicas de la Unión Europea.


La tecnología
La mayoría de los participantes en el meeting son físicos, sobre todo físicos de partículas y astrofísicos, pero también los hay expertos en la atmósfera e ingenieros de hardware y de software.
Miranda y Contreras explican que lo que se desarrolla para el CTA no solo vale para el terreno de las astropartículas. Se hacen avances en todos los campos donde es necesario usar lo último en fotodetectores, muy sensibles, de muy bajo ruido y con una rapidez de respuesta muy alta; tecnologías para digitalización y almacenamiento de datos de gran capacidad; tecnologías de espejos... Todos estos desarrollos tendrán impacto y utilidad en muchos otros aspectos de la ciencia, como por ejemplo la criptografía cuántica y la física biomédica (los fotodetectores son muy importantes para tecnologías de PET, tomografía por emisión de positrones). Reconocen además que la UCM es un lugar privilegiado por la multidisciplinariedad, "lo que es muy adecuado para sacar adelante el proyecto y para exportar la tecnología a otras áreas".
Tras la instalación de los primeros telescopios hará falta un periodo de optimización y luego se pasará a la fase de construcción en masa, ya que todos los aspectos relacionados con la fiabilidad y el control de calidad son tremendamente importantes. Habrá tres tamaños de telescopios, los mayores serán de 23 metros de diámetro, los más grandes del mundo de este tipo de telescopios, y serán además los que cuenten con una tecnología más innovadora, como explicó en la inauguración del meeting Manel Martínez, coportavoz del CTA.


Apoyo institucional
En la inauguración también estuvieron presentes dos vicerrectores de la UCM, Joaquín Plumet, de Investigación, y Manuel Mañas, de Innovación; así como Beatriz Presmanes, directora del Área de Programas de Investigación de la Comunidad de Madrid, y Luis Eduardo Ruiz López de la Torre, subdirector general de Instalaciones y Organismos Internacionales del Ministerio de Ciencia e Innovación.
Este último aseguró que en los planes de priorización de infraestructuras llevado a cabo por su Ministerio en 2009, el CTA se consideró como instalación de "alta prioridad". Reconoció que es una gran oportunidad para la ciencia española y defendió las Islas Canarias como "un gran lugar para la construcción del CTA, tanto por las infraestructuras avanzadas con las que ya cuentan las islas, como por su lugar estratégico". Por su parte, Presmanes reconoció que es una oportunidad única para investigadores y científicos.

Los avances de MAGIC

Seis grupos diferentes de nuestro país han participado en el telescopio MAGIC, una colaboración internacional en la que han participado además países como Alemania, Italia, Finlandia, Polonia, Suiza, Armenia, Rusia y Estados Unidos. En la isla canaria de La Palma se instaló este gran telescopio, de 17 metros de diámetro, y construido con una novedosa tecnología tanto en sus materiales (fibra de carbono y vidrio), como en el espejo (hecho a base de subunidades de un metro cuadrado de área). Telescopio MAGIC
MAGIC surgió de un proyecto previo denominado HEGRA, que empezó únicamente con detectores de partículas y incluyó el primer sistema estereoscópico de telescopios Cherenkov. De HEGRA también salió otro proyecto de telescopios Cherenkov, llamado HESS, que se instaló en Namibia.
La construcción de estos telescopios requiere mucha financiación, pero aún así esta técnica resulta mucho más barata y eficaz que la detección de rayos cósmicos con satélites o globos sonda. Los científicos vieron el potencial de este instrumental y en el año 2007 comenzó a fraguarse la idea del CTA, una gran red de telescopios Cherenkov. Si finalmente se construye, supondrá un enorme paso adelante en el conocimiento astronómico y también en el avance de un buen número de tecnologías. En cuanto a su enorme capacidad, se calcula que tardaría sólo un minuto en detectar en el cielo un objeto para el que MAGIC tardaría una hora, lo que ampliaría enormemente nuestro conocimiento sobre el universo. Además daría trabajo a un gran número de científicos e ingenieros de todo el mundo, especialmente europeos. Sin olvidar, además la gran cantidad de mano de obra técnica que haría falta para su construcción y mantenimiento.

Los rayos cósmicos y su origen

Los filósofos griegos ya intuyeron la existencia de los rayos cósmicos, pero no fue hasta principios del siglo XX cuando Victor Hess realizó los primeros estudios científicos que demostraron su existencia.
A pesar de las reticencias iniciales de la comunidad científica, algunos investigadores como G. Harvey Cameron, Robert Andrews Millikan y Pierre Auger siguieron sus pasos. Auger fue quien detectó por primera vez la existencia de cascadas atmosféricas, que son las que se detectan con los telescopios Cherenkov, los que van a formar parte de CTA. Cuando un rayo cósmico colisiona con la atmósfera se produce una reacción en la que se crean nuevas partículas. Una de las preguntas que surgen es de dónde provienen originalmente los rayos cósmicos y la detección de rayos gamma de muy alta energía puede servir para eso. En los noventa se conocía una única fuente de procedencia de estos rayos de altas energías, pero gracias a proyectos como MAGIC se ha aumentado considerablemente ese número. En 2007 estaba en torno a treinta, pero hoy en día, se conocen ya unas cien fuentes que emiten esos rayos y con CTA se detectarán muchos más.
Orígenes conocidos son restos de supernovas, nebulosas de púlsares, estrellas binarias e incluso algunas galaxias. Lo que tienen en común es que son objetos muy masivos, con un objeto compacto muy denso dentro. Conocer el origen de estos rayos cósmicos permite conocer la estructura física de muchos de los objetos del cosmos y, con ello, hacer astrofísica convencional.

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