Física
Los telescopios MAGIC abren una ventana inexplorada a la radiación cósmica
En octubre de 2003, varios representantes de las instituciones europeas y un grupo de científicos inauguró el primer telescopio MAGIC. Este proyecto nació de una colaboración de algunos institutos europeos, mayoritariamente españoles, italianos y alemanes. El proyecto se inició con la voluntad de los científicos de utilizar nuevas ideas y soluciones tecnológicas, lo que condujo a la construcción del telescopio de rayos gamma con el umbral más bajo de energía y tiempo más rápido de reposicionamiento del mundo que han hecho posible logros científicos muy importantes. Investigadores de la UAB han participado en MAGIC desde sus inicios.
Referencias
Doro, M. "Reaching the lowest energy threshold of ground-based Cherenkov telescopes with MAGIC-stereo: A goal achieved" Nuclear Instruments and Methods in Physics research A 692 (2012) 201-207.
La Tierra está permanentemente expuesta a una tormenta de rayos cósmicos (CR) que viene del espacio exterior. Algunas partículas tienen energías que corresponden a la de una pelota de tenis que va a 90 km/h concentradas en un solo átomo! Estas energías están más allá del alcance actual y futuro de los experimentos de aceleración de partículas en la Tierra. A pesar de que la investigación sobre los CR se remonta a la primera mitad del siglo pasado, sigue faltando una imagen clara de cómo y dónde son acelerados.
MAGIC pertenece a la clase de telescopios conocida como Imaging Atmospheric Cherenkov telescopes (IACTs), los cuales detectan la luz emitida por las partículas cargadas que se producen cuando rayos gamma cósmicos inciden sobre la atmósfera superior de la Tierra. Aunque su origen se remonta a tan sólo hace unas décadas, la astronomía de rayos gamma cósmicos desde tierra ya ha demostrado ser una técnica científica madura en el sondeo de los fenómenos no térmicos del universo.
Los rayos cósmicos de origen no térmico se pueden acelerar, ya sea directamente en el lugar de origen, por ejemplo, cerca de la superficie de un púlsar de rotación rápida, o pueden obtener energía a escalas de tiempo cosmológicas mediante la interacción con campos magnéticos cósmicos irregulares o frentes de ondas de choque. En algunos casos, la potencia combinada emitida a estas energías sobrepasa la potencia total emitida en las demás longitudes de onda y por eso este tipo de astrofísica ha logrado una gran atención en los últimos años.
El diseño de MAGIC-I proviene de un prototipo de concentración solar construido en Alemania y modificado para adaptarse a las demandas de los IACTs. Las diversas soluciones de diseño se deben a dos objetivos: (i) alcanzar el umbral más bajo de energía y (ii) obtener la reacción más rápida a las alertas de explosiones de rayos gamma vía satélite de la Red de Coordenadas de rayos Gamma. El primer objetivo se logró mediante la construcción de un espejo de 17 m de diámetro, el mayor construido para un telescopio IACT a nivel mundial en aquel momento. Para lograr el segundo objetivo, se construyó la estructura lo más ligera posible mediante el uso de una fibra de carbono de bajo peso reforzada con tubos de plástico, lo que permitió una mayor rigidez y peso mucho más ligero que el acero, la opción típica hasta el momento en IACTs. Esto ha resultado en un total de 64 toneladas de peso en movimiento que permiten el reposicionamiento rápido del telescopio en unos 20 segundos.
Gráfico: Distribución de energía espectral de la Nebulosa del Cangrejo obtenida con los telescopios MAGIC, junto con los resultados de los anteriores experimentos de rayos gamma.
La generación actual de IACTs aún no ha podido responder algunas de las preguntas fundamentales que motivan la astronomía de rayos gamma: ¿Cuál es el mecanismo de aceleración de los rayos cósmicos? ¿Cómo son los rayos gamma producidos? Estas preguntas pueden ser contestadas mirando las energías más bajas posibles con esta técnica. Por tanto, los resultados de MAGIC están íntimamente relacionados con su capacidad de observar en este régimen, en el cual MAGIC ha sido el único ojo de la Tierra observando el Universo durante casi una década.
La candela estándar en la astronomía de rayos gamma es un remanente de supernova llamado Nebulosa del Cangrejo, cuya progenitora explotó el año 1054, hace casi mil años. Las características de MAGIC permiten estimar con precisión el campo magnético responsable de la aceleración de los CR en la nebulosa. En el centro de la nebulosa del Cangrejo, hay un púlsar rotando rápidamente que libera un fuerte viento de radiación. Por primera vez en la historia, MAGIC vio la emisión de impulsos de energía muy alta de rayos gamma del púlsar de la Nebulosa del Cangrejo. En el momento del descubrimiento, este resultado excluyó algunos de los modelos de púlsares más discutidos.
El bajo umbral de energía también ayudó a hacer descubrimientos extragalácticos, como algunos núcleos galácticos activos, que liberan partículas y radiaciones tremendamente fuertes desde los agujeros negros centrales supermasivos que se propagan en el espacio a lo largo de miles de años-luz. El telescopio MAGIC descubrió la emisión de rayos gamma procedente de la galaxia PKS1222 +21. Es la segunda fuente de rayos gamma más lejana jamás detectada entre todas cuya distancia se ha medido con precisión. La observación se realizó en junio de 2010 mediante el sistema estéreo de MAGIC durante media hora. El flujo de energía medido por MAGIC varió significativamente durante estos 30 minutos de exposición, duplicándose el flujo en un tiempo de aproximadamente 10 minutos.
Las instituciones españolas contribuyeron con cerca de 50 científicos y desempeñaron un papel importante en la construcción de MAGIC y su explotación científica. La Unidad de Física de las Radiaciones del Departamento de Física de la UAB participó en MAGIC desde finales de 1998, con Carmen Baixeras como responsable primero y Lluís Font a partir de 2009. El grupo llevó a cabo la monitorización atmosférica, y actualmente coordina la calibración atmosférica. También coordinó el programa de búsqueda de la materia oscura con MAGIC y cuenta con expertos en objetos galácticos y física de explosiones de rayos gamma. El Campus UAB acoge a otras dos instituciones que también participan en MAGIC: el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) y el Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC). La colaboración MAGIC ha publicado ya más de 80 artículos en revistas tan prestigiosas como Science (4 artículos) Astrophysical Journal Letters y Astronomy & Astrophysics, entre otras.
Michele Doro
Departamento de Física
2024 Universitat Autònoma de Barcelona
B.11870-2012 ISSN: 2014-6388