Argentina, posible sede Sur del proyecto Cherenkov Telescope Array

Agencia CTyS (Emanuel Pujol) - CTA abrirá nuevas puertas a la Astrofísica y al conocimiento del Universo. Contará con dos arreglos (redes) de un centenar de telescopios cada uno, que serán diez veces más sensibles que los sistemas utilizados actualmente para detectar el efecto Cherenkov provocado por los rayos gamma que viajan miles o millones de años luz hasta llegar a la Tierra.

Gracias a este proyecto, que representa una inversión de 100 millones de dólares solo para el establecimiento de su sede en el Sur, la colaboración CTA podrá estudiar los remanentes de supernova, el centro de la Vía Láctea, las estrellas de neutrones y las binarias de rayos X y gamma con una tecnología portentosa.

Asimismo, CTA dará la oportunidad de determinar las fuentes extragalácticas de radiación gamma con una mejora de casi un orden de magnitud en la resolución angular.

Los arreglos de telescopios que serán ubicados en sendos hemisferios permitirán, quizás, empezar a comprender los tremendos aceleradores de partículas que se encuentran en el Cosmos, que son cien millones de veces más potentes que la denominada Máquina de Dios.

CTA en marcha: el sueño de entender el Universo
La Agencia CTyS logró entrevistar a parte de los representantes de la colaboración local de CTA. Los Dres. Félix Mirabel, Ingomar Allekotte y Adrián Rovero cedieron su palabra.

El Dr. I. Félix Mirabel, investigador superior del CONICET, es uno de los científicos que participó de las visitas a las distintas planicies en donde se podría instalar CTA en el mundo, incluyendo Argentina.

Mirabel especificó que “CTA representa una inversión de 120 millones de euros para la construcción del arreglo de telescopios en el Hemisferio Sur, donde Argentina es un candidato serio. Por parte de Estados Unidos ya han recomendado 100 millones de dólares”.

Las aspiraciones de Argentina se potencian por el crédito conseguido a partir de las investigaciones desarrolladas en el Observatorio Pierre Auger, ubicado en Malargüe, Mendoza, el cual, gracias a su extensión de 3000 kilómetros cuadrados, es el máximo detector de rayos cósmicos que hay en el mundo.

El Dr. I. Félix Mirabel destacó que “sobre la base del prestigio que ha armado la Argentina como huésped de proyectos internacionales como Auger, es un país interesante para CTA, aunque estamos en competición con Sudáfrica, que también quiere albergarlo, porque trae mucha inversión y también genera mucha actividad científica asociada”.

La colaboración Auger está compuesta por 400 científicos, pertenecientes a 80 instituciones dispersas en 17 países. Su misión es estudiar partículas subatómicas súper aceleradas, en tanto que CTA estudiará rayos gamma de menores energías, aunque dichos fenómenos pueden coincidir en sus fuentes causantes.

El Dr. Ingomar Allekotte, subgerente general del Observatorio Sur del Proyecto Pierre Auger, mencionó que “muchos investigadores que trabajan aquí están interesados en CTA y, seguramente, habrá un gran intercambio de recursos humanos y de experiencia entre ambas colaboraciones”.

Las planicies estudiadas en Argentina
Los Dres. Félix Mirabel, Alberto Etchegoyen e Ingomar Allekotte son los representantes del consorcio CTA en Argentina que realizaron las últimas visitas a los sitios donde se podría instalar la red de telescopios Cherenkov.

Para albergar a CTA, explicó el físico Ingomar Allekotte, “se requiere una planicie de 10 kilómetros cuadrados, que posea entre 2000 y 4000 metros sobre el nivel del mar, y que tenga una atmósfera muy limpia, con poca nubosidad y pocas lluvias”.

En este sentido, agregó: “Los sitios posibles deben tener escasa luminosidad de fondo y ubicarse dentro de determinado rango de latitud; también es importante la infraestructura, en virtud de la accesibilidad y el alojamiento disponible para quienes participen del proyecto”.

En Argentina, hay dos zonas candidatas: una es en San Juan, en cercanías al Complejo Astronómico El Leoncito (CASLEO); y, la otra, es en la Puna. Y, en cada una de estas regiones, hay dos planicies que están siendo estudiadas.

El director del CASLEO, Ricardo Gil-Hutton, dialogó con la Agencia CTyS sobre la última visita de los representantes de la colaboración CTA en Argentina a las instalaciones que tiene el Complejo Astronómico en Barreal, sobre la montaña, y a las planicies que son analizadas en sus inmediaciones.

El doctor Gil-Hutton aseveró que Naranjo, una planicie ubicada a 2590 metros de altura, “es un candidato firme para instalar el sistema de telescopios. Ese sitio, años atrás, fue postulado para alojar el proyecto de radioastronomía SKA”.

“También hay otro valle examinado, Jarillal, a 3130 metros. Pero la otra planicie, ubicada a menor altura, es considerablemente más amplia y considero que allí se dan las mejores condiciones meteorológicas”, opinó el director del CASLEO.

La explicación técnica del Dr. Gil-Hutton es que, como la zona más alta es un valle encajonado entre montañas, “la humedad se descarga generalmente por contacto contra las cadenas montañosas. En Jarillal se produce este efecto; por lo tanto, su humedad promedio ambiente es superior a la del otro lugar”.

Más allá de que el CASLEO no pertenece al proyecto CTA, es un instituto que brinda servicios a la comunidad astronómica argentina e internacional, por lo cual le otorgaría apoyo logístico y tecnológico a quienes se desempañaran en la colaboración.

“Si se escogiera alguno de estos sitios, unos cincuenta científicos se podrían alojar en las instalaciones que el Complejo Astronómico El Leoncito tiene en la montaña”, especificó su director.

En tanto, los sitios analizados en la Puna, en Salta, se encuentran a más de 3500 metros de altura. Uno de ellos está en Salar de Pocitos (3750 m.s.n.m.), en cercanías a Tolar Grande, donde investigadores de la Universidad de Córdoba realizaron estudios preliminares para la instalación de telescopios ópticos de gran apertura.

La otra planicie tiene aproximadamente 3500 m.s.n.m y se ubica a 23 kilómetros al norte de San Antonio de los Cobres, que es el segundo centro urbano más elevado del país. Allí, la ventaja es que se cuenta con una mayor infraestructura que en Salar de Pocitos.

En un principio, los cielos de los sitios candidatos en la Puna tendrían menor contaminación lumínica que los cercanos a El Leoncito. Habría, en la Puna, menos aerosoles y más noches despejadas.

Por su parte, las planicies ubicadas al oeste de San Juan cuentan con 270 noches observables en el año, una nubosidad cercana al 25 por ciento y ponen a disposición de la comunidad científica de CTA el excelente apoyo logístico del CASLEO.

En general, la calidad de los cielos estudiados en ambas zonas es muy buena de acuerdo a los requerimientos de CTA. En estos meses, los representantes de la colaboración en Argentina están trabajando para conocer con precisión cada uno de ellos.

El Dr. Ingomar Allekote aseguró que “las condiciones atmosféricas hay que estudiarlas en detalle y esto será muy relevante para definir a las sedes de CTA. Éste es un análisis técnico. Nosotros estamos empezando con las primeras mediciones de cielo en los sitios de Argentina y esperamos que quienes proponen a Sudáfrica hagan lo propio”.

El subgerente general del proyecto Pierre Auger en el Hemisferio Sur sostuvo que “las ventajas de Argentina se centran en la infraestructura existente y el aporte de recursos humanos, puesto que aquí hay una comunidad científica con experiencia en altas energías, algo que no ocurre en Sudáfrica”.

Más allá del esfuerzo que están realizando los representantes del consorcio local de CTA, del prestigio conquistado a partir del observatorio Auger y de la comunidad científica dispuesta a trabajar en Argentina, el apoyo político y financiero que estén dispuestos a dar los potenciales países huéspedes será otro factor determinante.

Eventualmente, Sudáfrica realizaría un gran aporte. Argentina, para el establecimiento del observatorio de rayos cósmicos en Malargüe, participó con una cifra cercana a los 10 millones de dólares y se espera que para CTA destine una suma semejante.

Asimismo, el astrofísico Adrián Rovero, quien participó de la reunión general del consorcio CTA, en Oxford, durante la segunda semana de noviembre, destacó que “la participación de Brasil será de gran importancia en el aspecto científico, pero particularmente en el aspecto político. Al igual que lo ocurrido con el Observatorio Auger, su contribución financiera podría volcar la balanza hacia Sudamérica”.

El diseño de los telescopios para CTA
La red de telescopios (arreglo) previsto para CTA marcará una revolución en las posibilidades para comprender diversos fenómenos astrofísicos, puesto que será diez veces más sensible que los existentes hasta ahora.

El doctor Adrián Rovero, investigador sobre astrofísica de altas energías en el Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE), dio detalles sobre los posibles diseños para esta nueva generación de telescopios Cherenkov.

“Debe considerarse que los sistemas actuales cuentan con dos a cuatro telescopios, en tanto que CTA tendrá una centena. Así, se conseguirá un campo de visión más amplio y una mejora en la resolución angular de casi un orden de magnitud”, destacó el astrofísico.

La matriz contará con tres tipos de telescopios, de distintos tamaños. El Dr. Rovero mencionó que “el diseño propuesto para los más grandes, de aproximadamente 24 metros de diámetro, es bastante similar al sistema MAGIC, compuesto por dos telescopios de 17 metros, que está instalado en la isla canaria de La Palma”.

Rovero mencionó que “se prevé que los detectores de mayor tamaño serán del orden de cuatro; alrededor de ellos, habrá telescopios medianos, de unos 12 metros, para los cuales se están estudiando entre dos o tres bocetos y es posible que se los realice según el diseño clásico llamado Davies-Cotton, donde la estructura está compuesta por pequeños espejos, con una cámara de unos mil pixeles ultra-sensibles a la luz Cherenkov”.

“En tanto, los más chicos serán los más numerosos y medirán aproximadamente seis metros de diámetro. Para ellos, hay dos propuestas: una se está desarrollando en el Grupo de Ensayos Mecánicos y Aplicados (GEMA) de la Universidad de La Plata; y, el otro diseño posible está siendo estudiado en Italia y consiste en un sistema de doble espejo, que hasta ahora no se ha probado para este tipo de telescopios”, indicó.

“Los rayos gamma de menor energía son mucho más abundantes, pero producen señales más débiles”, explicó el científico. Y agregó: “En función de ello, para captarlos, se necesitan telescopios grandes y no necesariamente distribuidos en una gran área”.

Por otro lado, los telescopios Cherenkov de menor tamaño se destinarán a percibir los de rayos gamma de mayor energía, que producen mejores señales, aunque menos abundantes, y por ello es estratégico captarlos en una mayor superficie.

Algo semejante ocurre en el observatorio Pierre Auger: ocupa 3000 kilómetros cuadrados, porque su sistema de detección precisa del arribo de partículas súper energéticas, hasta 100 millones de veces más potentes que las aceleradas en la denominada Máquina de Dios.

El Cosmos nos envía permanentemente información. CTA realizará un inmenso aporte para avanzar en la comprensión de las fuentes de rayos gamma ubicadas en la Vía Láctea y de otros fenómenos mucho más lejanos y masivos, como los núcleos activos de las galaxias (AGN), que son agujeros negros millones de veces más grandes que el Sol, que devoran todo lo que cae en su feroz gravedad, despidiendo haces de materia que viajan a velocidades cercanas a la luz, algunos de ellos en dirección a la Tierra.

Fuentes galácticas y extragalácticas
CTA incrementará el rango operativo de energías. Ocurre que, en la Galaxia, hay fuentes tremendamente potentes de rayos gamma, como los remanentes de supernova, los púlsares y los microcuásares, pero que son ínfimas en comparación a fuerzas existentes fuera de la Vía Láctea.

Por ello, los telescopios Cherenkov de mayor tamaño se destinarán, primordialmente, a estudiar las fuentes galácticas de radiación, en tanto que los de seis metros de diámetro estudiarán fenómenos más potentes, como los núcleos activos de las galaxias (AGN) y los Gamma-Ray-Bursts. Éstos representan las explosiones más energéticas que se conocen en el Universo, después del “Big Bang” que le diera origen.

Rango operativo de energías en CTA
Los astropartículas más energéticas que arriban a la atmósfera terrestre superan los 10²⁰ eV. Dicha concentración de energía es incomprensible para la física actual: es semejante a la que lleva una pelota de tenis en el saque, pero comprimida en dimensiones subatómicas.

Estas partículas súper potentes generan señales muy notorias, que pueden ser captadas, por ejemplo, por detectores de superficie que, tal como indica su nombre, no estudian el efecto Cherenkov que se produce en la atmósfera, sino en piletones repletos de agua purificada. La desventaja para estudiar estas partículas ultra-energéticas es que son muy poco frecuentes.

CTA no estudiará partículas primarias masivas, sino rayos gamma primarios. Para ello, la red de telescopios detectará los fotones provocados por el efecto Cherenkov en la misma atmósfera. Y, por poseer una sensibilidad y tecnología muy superior a la utilizada hasta hoy, podrán detectar energías que van desde los 10 GeV hasta 100 TeV, aproximadamente.

Los rayos gamma más potentes que captará CTA estarán en el orden de los 100 TeV, es decir, millones de veces inferiores a las partículas que observa Auger. Para más, los telescopios de mayor tamaño tendrán una sensibilidad suficiente para percibir, incluso, rayos gamma de hasta 10 GeV, es decir de, a penas, unos centenares de miles de electrón voltios.

Su sistema será diez veces más sensible que los sistemas de telescopios Cherenkov existentes y su resolución angular implicaría un avance cercano a un orden de magnitud.

Así, CTA dará una visión vastísima a la comunidad internacional de astrofísicos que forman parte de la colaboración. Permitirá afinar la lectura de fenómenos conocidos, como los remanentes de supernova, y otorgará, quizás, las herramientas para empezar a comprender la naturaleza de fenómenos que, hasta hoy, encierran más misterios que certidumbres.

¿Cómo se formaron los agujeros negros? ¿Qué vinculación e influencia tuvieron en la formación del Universo? ¿Se podrá comprender los fascinantes aceleradores de partículas que hay en el Cosmos y, así, revolucionar la física?

Se estima que a fines de 2011 o principios de 2012 se definiría al huésped de CTA en el Hemisferio Sur, en tanto que la decisión sobre sede del Norte será en 2013 o 2014. El desarrollo del diseño de CTA presenta un gran desafío y se estima que la construcción de los arreglos comenzará en 2015 y se concluirá hacia 2016.