Observatorio Pierre Auger

Observatorio Pierre Auger
Departamento de Malargüe
Instancia de observatorio astronómico  Epónimo Pierre Auger
Datas  Fundación / creación 2000  Inauguración 2005
Cifras e dimensións  Altitude    1.340 m
Localización  Situado en  Departamento de Malargüe, Provincia de Mendoza, Arxentina  Coordenadas 35°12′24″S 69°18′57″O
Códigos e identificadores Freebase /m/068c7m OpenAlex C2779029635
Fontes e ligazóns  Páxina WEB auger.org
Wikidata C:Commons

Observatorio de raios cósmicos Pierre Auger.

O Observatorio Pierre Auger, situado na cidade de Malargüe, na provincia de Mendoza, Arxentina, é unha iniciativa internacional na que colaboran uns 400 científicos de 90 institucións pertencentes a 17 países, co obxectivo de detectar partículas subatómicas que proceden do espazo exterior denominadas raios cósmicos. Algúns destes raios teñen enerxías moi superiores aos que usualmente bombardean a Terra e producen un efecto chamado choiva cósmica ou fervenza atmosférica extensa. O experimento Pierre Auger foi o primeiro no mundo deseñado para estudar raios cósmicos de altas enerxías utilizando de maneira simultánea distintos sistemas de detección, o que o transforma nun observatorio híbrido. En 2025 é, ademais, o maior do mundo na súa área de estudo.

Non só se ignora de que tipo de partículas se trata, senón que os científicos descoñecen o seu lugar de orixe e o mecanismo capaz de impartirlles estas velocidades.

Os raios cósmicos son moi abundantes, pero canto maior é a súa enerxía, menor é a súa abundancia, polo que se require dunha superficie o máis grande posible para estudalos. Os raios cósmicos das enerxías máis altas, que estuda o Observatorio Pierre Auger, son apenas unha fracción moi pequena do total.

A misión do observatorio

En astrofísica, denomínase raios cósmicos a unha radiación consistente en partículas enerxéticas (xeralmente protóns) procedentes do espazo exterior que atravesan a atmosfera cunha enerxía que normalmente é de 10⁷ a 10¹⁰ eV.

Unha choiva moi violenta de partículas elementais orixínase grazas á interacción do raio cósmico primario cunha enerxía extraordinariamente maior á usual: 10²⁰eV (semellante a unha pelota de tenis nun saque, pero concentrada nunha masa 24 ordes de magnitude menor) coas moléculas de aire. Esa choiva ou fervenza de partículas interactúa coa materia; no aire producen fluorescencia e, no caso de atravesar a auga, xeran luz na rexión do ultravioleta, denominada radiación Cerenkov. A enerxía nestas partículas é cen millóns de veces superior á que se pode impartir a unha partícula subatómica nos máis potentes aceleradores construídos até hoxe. Segundo datos recentes, estímase que nun milenio só chega unha desas partículas a cada km² da superficie da Terra, de maneira que é extremadamente difícil a súa detección.

A comunidade científica mundial busca explicar como é posible que no universo poida xerarse un acelerador cósmico capaz de impartir enerxías de gran magnitude a unha partícula subatómica, de onde veñen e como se propagan estas partículas. Esa é a misión do Observatorio Pierre Auger, chamado así en honra do físico francés que elaborou a teoría das choivas cósmicas en 1938. O proxecto procura detectar a luz emitida pola choiva e tamén as partículas (gamma, electróns e muóns) que fan colisión coa Terra. Para iso 18 países colaboraron para montar a través do proxecto un observatorio en cada hemisferio con detectores que cobren áreas sumamente grandes para así obter rexistros das partículas e choivas. A instalación de dous observatorios obedece á necesidade de investigar zonas diferentes do ceo e comparar resultados.

En novembro de 1995, a Unesco elixiu á Arxentina como a sede sur do proxecto. Unha das razóns foi que a zona coñecida como Pampa Amarilla, en Malargüe, é unha chaira que, ademais de permitir a instalación dos tanques detectores nunha ampla zona duns 3.000 km², a algo máis de 1.300 metros de altitude, polo que conta cun ceo limpo que permite detectar as partículas con maior facilidade que noutras rexións. Ademais, a infraestrutura do lugar e o apoio do goberno e científicos, tanto a nivel nacional como provincial, foron determinantes á hora da elección da Arxentina. Calcúlase que o tempo de vida do observatorio, é duns 20 anos. Aínda que quedou inaugurado formalmente o 13 de novembro de 2008, recolle datos de forma estable desde xaneiro de 2004. Conta con 1.600 tanques detectores de partículas, conectados por un sistema de comunicacións nunha superficie de 3.000 quilómetros cadrados, 4 edificios e 24 telescópicos de fluorescencia. A obra iniciouse en 1999 e custou 58 millóns de dólares.

Tanques de detección no observatorio.

O observatorio do hemisferio norte construirase en Colorado, Estados Unidos. O custo total do proxecto é de arredor de 100 millóns de dólares, e o mantemento supón uns 2,5 millóns por ano. A provincia de Mendoza, Arxentina, Brasil, Francia, Alemaña, Italia, México e os Estados Unidos son quen máis achegan economicamente ao proxecto.

Calcúlase que nun lapso duns 10 anos, o proxecto Auger rexistraría máis de 600 raios cósmicos de enerxía maior que o límite GZK (~6.1019eV), número posiblemente suficiente para individualizar as fontes, que deben orixinarse en rexións ben localizadas do universo. De feito xa logrou a medida máis precisa até a data das interaccións protón-protón a unha enerxía inaccesible para o Gran colisor de hadrones (GCH): 57 TeV.

En 2007 logrouse determinar que as direccións de chegada da maior parte dos raios cósmicos das máis altas enerxías detectados apuntan a menos de 3 graos de núcleos activos de galaxias próximas, como Centaurus A, a 11 millóns de anos luz da Terra. Este descubrimento foi considerado dentro dos maiores achados científicos do ano 2007 polas revistas Science e Nature.

No edificio realízanse tamén tarefas de divulgación. Para iso conta cun moderno equipo para proxección de audiovisuais e vídeo calculándose que por ano uns 5.000 visitantes percorren as instalacións, guiados por un especialista que comenta a finalidade e importancia do observatorio. Ademais, o 1% dos datos do detector de superficie están dispoñibles para fins educativos. Pódense acceder a través do Explorador de eventos públicos do Observatorio.

A investigación de raios cósmicos forma parte da Física de Astropartículas, que vai máis aló da Astronomía e pretende usar outras partículas como os neutrinos ou as ondas gravitacionais para profundar no coñecemento do noso universo.

En que consisten os detectores

As choivas orixinadas por partículas cósmicas de alta enerxía poden ser rexistradas na superficie da Terra por distintos tipos de detectores. Algúns baséanse na ionización da materia. A choiva cósmica móvese a considerable velocidade e ao atravesar o gas da atmosfera, os seus compoñentes vanse freando, polas interaccións que se producen. Mentres teñen lugar os procesos nucleares prodúcense interaccións de orixe puramente electromagnética, que removen algúns dos electróns atómicos do gas e deixan átomos ionizados. Os electróns remanentes reacomódanse saltando entre órbitas, para migrar cara ao estado de menor enerxía, emitindo radiación electromagnética, principalmente na rexión do ultravioleta.

As choivas de radiación cósmica son extremadamente febles e só é posible rexistralas mediante instrumentos especiais que recollen a maior cantidade posible de raios e concéntranos sobre un detector mediante 24 grandes espellos parabólicos, cada un dos cales ten no seu foco un fotomultiplicador. O conxunto de detección formado polos espellos, constitúe un telescopio que polo seu aspecto lembra ao ollo dunha mosca. Grazas a impulsos eléctricos, o ollo de mosca permite reconstruír a forma, dimensión, dirección e enerxía da partícula primaria incidente. Pero esta técnica, denominada de fluorescencia, aínda que é moi precisa, só pódese utilizar en noites escuras. Na práctica só serve para un 10% do tempo dun ano.

Fronte dun tanque nun campo de Malargüe.

Parte traseira dun tanque.

Hai tamén detectores Cherenkov baseados no efecto do mesmo nome (en honra a Pavel Alexeievich Cherenkov, premio Nobel de física en 1958). Este prodúcese cando unha partícula cargada móvese nun medio transparente con velocidade maior que a que tería a luz nese medio. Nesta situación prodúcese unha perturbación electromagnética que orixina unha emisión de luz, analogamente a como un barco rápido crea un ronsel ao navegar en augas en repouso. A luz da partícula resulta emitida dentro dos límites dunha superficie de forma cónica, onde o vértice é o punto en que a partícula entrou ao detector e a directriz é a dirección do seu movemento. Un tanque de auga hermética e escura resulta un bo detector do rastro da partícula se se lle engaden fotomultiplicadores similares aos empregados no ollo de mosca. Estes detectores Cherenkov de auga foron a mellor solución, tanto operativa como economicamente.

Están a construírse tanques cilíndricos pechos que conteñen unha bolsa tamén cilíndrica de polietileno, fabricada no lugar por estudantes locais que seguen as directivas da Universidade de Colorado. Esta bolsa, chamada tecnicamente sachet ou liner, atópase chea de 12.000 litros de auga ultrapura na que a partícula deixa o seu rastro. Os tanques en si miden aproximadamente 3,5 m de diámetro e máis dun metro e medio de alto. Están a unha distancia de 1,5 km entre eles, formando unha rede que cobre uns 3000 km². Unha cela unitaria contén os detectores, e cada detector posúe fotomultiplicadores no seu parte superior, un panel solar e plaquetas electrónicas de adquisición de datos e de comunicacións, que rexistran e transmiten a intensidade da radiación producida pola choiva ao atravesar o detector transparente constituído de auga pura. A idea é construír uns 1600 tanques xunto cuns 6 detectores de fluorescencia.

Ambos os detectores enfocan a mesma rexión do ceo pois se busca a redundancia, ou sexa, duplicar as medicións. As estacións de medición son autónomas, a enerxía obtéñena de paneis solares e por medio dunha radio envían e reciben datos.

Institucións que forman parte do proxecto

O proxecto Auger está aberto á comunidade científica mundial e como toda empresa desta envergadura, terá consecuencias importantes na formación e retención de recursos humanos do país que é sede do proxecto. A construción do observatorio requiriu a aplicación de variadas técnicas: electrónicas analóxicas e dixitais de baixo consumo, comunicacións, adquisición de datos por telemetría, microprocesamento rápido de información en redes, simulación, recoñecemento de estruturas lóxicas, emprego de redes satelitais para sincronización e posicionamento, administración de grandes sistemas tecnolóxicos, tratamento de auga, etc.

Desde Galicia, o Instituto Galego de Física de Altas Enerxías é membro do Observatorio desde o ano 2002. O equipo deste centro de investigación achegou traballos moi relevantes na detección de neutrinos e choivas inclinadas. O IGFAE tamén propuxo a incorporación de España ao experimento, e na actualidade tamén participan as universidades de Alcalá de Henares (2005), Complutense de Madrid (2005) e Granada (2007).

Extensión do proxecto a 2035

O 16 de novembro de 2024 estendeuse o seu convenio internacional até 2035 para abordar novos desafíos científicos. Segundo explicou Daniel Supanitsky, director do Instituto de Tecnoloxías en Detección e Astropartículas (ITEDA), descubriuse que os raios cósmicos de máis alta enerxía non só están compostos por protóns, senón tamén por núcleos máis pesados. Estes núcleos experimentan desviacións máis significativas cando atravesan os campos magnéticos da galaxia e o medio intergaláctico, o que dificulta identificar as súas fontes.

Para superar este obstáculo, o observatorio busca realizar estudos detallados sobre a composición dos raios cósmicos a estas enerxías extremas, xa que este coñecemento será clave para determinar con maior precisión as fontes destes fenómenos. Esta necesidade impulsou unha actualización coñecida como “AugerPrime”, que inclúe melloras nos sistemas de detección e a incorporación de novos detectores de muóns, desenvolvidos polo ITEDA. Estes avances permitirán ao observatorio enfrontar os retos científicos actuais e profundar na comprensión da orixe e os mecanismos de aceleración dos raios cósmicos.

Véxase tamén

Ligazóns externas

• Observatorio Pierre Auger

• Desde Malargüe até a orixe do universo, por Paola Bruno. Revista Rumbos, periódico Os Andes, Mendoza, Arxentina - 07/12/2003. (en pdf)
• O proxecto Pierre Auger, por Alberto Etchegoyen e Alberto Filevich. Revista Ciencia Hoxe, Vol. 5, núm. 35, 1996