Pocos imaginarían que grandes tanques con miles de litros de agua purificada puedan detectar el origen de las partículas con más altas energías provenientes del cosmos, que pueden ayudar a comprender mejor el universo.

Gracias al observatorio de rayos gamma Cherenkov de Agua de Alta Altitud (HAWC, por sus siglas en inglés), ubicado a 4 mil 100 metros de altura sobre el nivel del mar, entre los volcanes Sierra Negra y Pico de Orizaba en el Parque Nacional Pico de Orizaba, en Puebla, los especialistas de México y Estados Unidos trabajan en estas investigaciones.

Se trata del observatorio de rayos gamma más moderno a escala mundial que podrá vigilar dos terceras partes del cielo las 24 horas. Proyecto en el que colaboran científicos de la Universidad Nacional Autónoma de México, del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (Inaoe), así como de otras instituciones mexicanas y de universidades estadunidenses, como Maryland, Wisconsin y California.

Con una inversión de 10 millones de dólares, en otoño de 2014 habrá concluido la construcción de este observatorio con un total de 300 detectores (grandes contenedores de agua). Actualmente opera con 10 por ciento de su capacidad (30 tanques), con lo que se consiguió captar la sombra de la Luna. Se estima que este verano se concrete la instalación de 100 de los 300 detectores.

Investigadores universitarios informaron que el observatorio detecta las cascadas de partículas que se producen cuando los rayos gamma y los cósmicos provenientes de objetos extraterrestres, como cuásares, agujeros negros e incluso el Sol, impactan en la atmósfera de la Tierra.

Colaboración académica y económica

Este proyecto es el resultado de la colaboración (académica y económica) del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología con la UNAM, el Inaoe y la Fundación Nacional para la Ciencia de Estados Unidos, entre otras instituciones.

Los detectores para este observatorio están integrados por una estructura metálica de forma cilíndrica (de 7.3 metros de diámetro y 4.5 metros de altura), dentro de la cual se coloca una inmensa bolsa de plástico, cerrada herméticamente y llena de agua purificada. En el fondo de cada uno de esos tanques, de 200 mil litros, los científicos colocaron cuatro fotomultiplicadores que detectan la luz azul, o luz cherenkov, que se produce cuando estas partículas viajan a través del agua.

El agua en los tanques debe ser totalmente pura, para ello, en el sitio se cuenta con una planta de tratamiento, que filtra partículas de 10 micras y posteriormente de una micra, además de que se hace pasar por luz ultravioleta para matar cualquier microorganismo que pudiera contener. La exigencia es que el agua contenida en un detector se mantenga totalmente pura durante al menos 10 años, por lo que los detectores son sellados y se mantienen en total oscuridad.

En una reciente conferencia en el Instituto de Geofísica de la UNAM, Andrés Sandoval, investigador del Instituto de Física de esa casa de estudios, explicó que los rayos gamma son radiaciones electromagnéticas de muy altas energías que van desde decenas de millones de electronvoltios hasta centenares de tera electronvoltios.

Se trata de la radiación con la mayor energía en el universo, la cual se puede producir cuando explota una bomba nuclear, pero también en el espacio cuando un agujero negro acreta o se traga estrellas o nubes de polvo, cuando una estrella de neutrones gira a gran velocidad o cuando se funden dos estrellas de neutrones, entre otros eventos.

Información difundida por la Dirección General de Divulgación de la Ciencia de la UNAM detalla que los rayos gamma no penetran en la atmósfera terrestre, por lo que el observatorio HAWC –que se encuentra a un kilómetro del Gran Telescopio Milimétrico– no los detecta directamente.

Lo que sucede es que la radiación electromagnética de alta energía impacta con las partículas de la atmósfera y se convierte en una lluvia de partículas, llamada cascada atmosférica. Esos materiales bajan poco a poco y se absorben en el aire. De ahí que el HAWC se haya construido a miles de metros de altura donde todavía puede detectar muchas de estas partículas antes de que se absorban por completo.

Para que los científicos puedan acceder a la información de los detectores, éstos cuentan con un sistema electrónico y computadoras conectados mediante cables y fibra óptica al pueblo más cercano de la zona (Atzitzintla), desde donde pueden enviar la información a la UNAM y a universidades de Estados Unidos. Otro de los desarrollos es un software para la adquisición y el análisis de los datos recopilados por el observatorio.

Gracias al mecanismo por el que funciona este observatorio, se podrán observar los procesos más violentos de un universo cambiante.