Pierre Auger Observatory

EL OBSERVATORIO AUGER REVELA UN VIEJO MISTERIO, UNE LOS RAYOS CÓSMICOS DE ALTAS ENERGÍAS CON VIOLENTOS AGUJEROS NEGROS.

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México, D.F.- Los científicos mexicanos que participan en la Colaboración Pierre Auger informaron hoy (noviembre 8) que esta Colabaración acaba de anunciar que los Núcleos Activos de Galaxias (NAG) son las fuentes más probables de los rayos cósmicos de más alta energía que llegan a la Tierra. Usando el Observatorio Pierre Auger ubicado en Argentina (el observatorio de rayos cósmicos más grande del mundo) un equipo de científicos formado por investigadores de 17 países, entre ellos México, descubrió que las fuentes de los rayos cósmicos de la más alta energía no están distribuidas uniformemente en el cielo. Por el contrario, los resultados del Observatorio Pierre Auger vinculan a las fuentes de estas misteriosas partículas con galaxias cercanas caracterizadas por tener núcleos activos en su interior. Los resultados serán publicados en la edición del 9 de Noviembre de la revista Science Magazine.

Se cree que los Núcleos Activos de Galaxias son alimentados por agujeros negros súper masivos que devoran grandes cantidades de materia. A pesar de que la mayoría de las galaxias poseen en su interior agujeros negros, sólo una pequeña fracción de todas ellas posee un NAG. Estos objetos han sido considerados desde hace mucho tiempo como sitios probables para la producción de partículas de muy alta energía. Los NAG se tragan el gas, el polvo y otras formas de materia que se halla en las galaxias que los hospedan y emiten a cambio grandes cantidades de energía en forma de radiación y de partículas. Las partículas así producidas pueden alcanzar energías que superan 100 millones de veces las que se pueden lograr con el acelerador más poderoso de la Tierra. El mecanismo exacto por el cual el NAG otorga tan alta energía a las partículas permanece aún en el misterio.


Jim Cronin (izquierda) y Alan Watson

“Hemos dado un gran paso adelante hacia la solución del misterio de la naturaleza y origen de los rayos cósmicos de más alta energía, los que fueron primero observados por el físico francés Pierre Auger en 1938”, dijo el premio Nóbel James Cronin de la Universidad de Chicago, quien, junto a Alan Watson de la Universidad de Leeds, concibió la idea del Observatorio Pierre Auger. “Encontramos que el cielo del hemisferio sur al ser observado con rayos cósmicos de ultra alta energía no es uniforme. Este es un descubrimiento fundamental. La era de la astronomía de rayos cósmicos ha llegado. En los próximos años nuestros datos nos permitirán identificar las fuentes exactas de dichos rayos cósmicos y la forma en la que aceleran a estas partículas.”

Los rayos cósmicos son protones y núcleos atómicos que viajan a través del universo a velocidades cercanas a la de la luz. Cuando estas partículas atraviesan la atmósfera superior de nuestro planeta colisionan con ella produciendo una cascada de partículas secundarias que, en su conjunto se conoce como chubasco atmosférico. Cuando este chubasco llega a la superficie de la Tierra alcanza extensiones de un área de hasta 40 kilómetros cuadrados o más.

“Este resultado abre una nueva ventana al universo y anuncia el principio de la astronomía de rayos cósmicos,” dijo Alan Watson, portavoz de la Colaboración Pierre Auger. “Los esfuerzos colectivos de cada miembro de la Colaboración han contribuido a este logro, y quisiera agradecer a cada uno por su trabajo tan dedicado. Conforme acumulamos más y más datos, se abre la posibilidad de observar galaxias individualmente y de una forma detallada y totalmente nueva. Como habíamos anticipado, nuestro observatorio está generando una imagen nueva del universo basada sólo en rayos cósmicos en lugar de luz visible.”

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Miembros de la Colaboración Pierre Auger

El Observatorio Pierre Auger registra la llegada de un rayo cósmico a la Tierra mediante la observación del chubasco de partículas secundarias que el rayo cósmico produce en la atmósfera. Para la detección del chubasco, el observatorio cuenta con una gigantesca red formada por 1,600 detectores de partículas separados 1.5 kilómetros entre sí, la cual cubre una enorme superficie de cerca de 3,000 kilómetros cuadrados. Adicionalmente, el observatorio posee un sistema formado por 24 telescopios especialmente diseñados para captar la luz fluorescente generada por el chubasco de partículas en la atmósfera. La combinación de estas dos técnicas de observación, basadas en detectores de partículas y telescopios de fluorescencia, da lugar a un instrumento extremadamente útil y poderoso en la investigación de los rayos cósmicos ultra energéticos.

De los cerca de un millón de chubascos de rayos cósmicos que el observatorio ha registrado, sólo en un pequeño grupo, el formado por los eventos de más alta energía, se puede determinar la fuente con gran precisión. Hasta ahora, los científicos del Observatorio Pierre Auger han observado 81 rayos cósmicos ultra energéticos con energía superior a los 4x1019 electronvolts o 40 EeV. Este es el número más grande de rayos cósmicos con energías por encima de 40 EeV detectados hasta el momento por un observatorio. A estas energías, la incertidumbre en la determinación de la dirección de llegada del rayo cósmico es tan sólo de unos cuantos grados, lo que permite a los científicos localizar la fuente de la partícula cósmica.

La Colaboración Auger encontró que las direcciones de llegada de los 27 eventos más energéticos, con energías arriba de 57 EeV, no se encuentran igualmente distribuidas en el cielo. Comparando la dirección de llegada con las posiciones conocidas de 318 Núcleos Activos de Galaxias, la Colaboración Pierre Auger encontró que el origen de la mayor parte de estos eventos de muy alta energía está correlacionado con NAGs en galaxias cercanas, como Centaurus A.

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La esfera celeste en coordenadas galácticas (Proyección Aitoff) mostrando las direcciones de llegada de los 27 rayos cósmicos más energéticos detectados por Auger. Las energías son superiores a 57 x 1018 eV (57 EeV). Éstos son mostrados como círculos de 3.1° de radio. La posición de 472 NAGs dentro de 75 megaparsecs se muestran como *'s rojos. La región azul define el campo de visión del Auger; Los azules más obscuros indican exposiciones mayores. La curva sólida delimita el campo de visión, donde el ángulo al zenith es de 60°. El NAG más póximo, Centaurus A, se muestra como un * blanco. Dos de los 27 rayos cósmicos tienen direcciones de llegada dentro de 3° de dicha galaxia. El plano súper-galáctico se indica con la línea punteada. Este plano delimita una región donde el mayor número de galaxias cercanas están concentradas, incluyendo NAGs. Haga Click en la imagen para una mejor vista.


El Correo Argentino, S.A., ha emitido un timbre postal de 0.75 pesos en honor del Observatorio Pierre Auger.

“Los rayos cósmicos de baja energía son abundantes y provienen de todas direcciones, la mayor parte desde el interior de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Hasta el momento la única fuente confirmada de rayos cósmicos ha sido el Sol. Los rayos cósmicos de otras fuentes probables tales como estrellas que explotan toman trayectorias muy complicadas de tal forma que cuando llegan a la Tierra es imposible determinar su origen. Sin embargo, cuando se observan los rayos cósmicos de más alta energía, de las fuentes más violentas, éstos apuntan a sus fuentes. El desafío ahora es registrar un número suficiente de estas balas cósmicas para entender los procesos que los lanzan al espacio”, dijo Paul Mantsch, Gerente de Proyecto del Observatorio Pierre Auger.

En general, los rayos cósmicos con energía superior a los 60 EeV pierden energía en colisiones con el fondo cósmico de microondas, radiación cósmica que quedó después de la gran explosión y que llena todo el espacio. Arriba de esta energía, sólo los rayos cósmicos de fuentes próximas tienen menos probabilidad de perder energía en colisiones con este fondo cósmico durante su viaje, relativamente corto, hacia nuestro planeta. Los científicos del Observatorio Auger encontraron que la mayoría de los 27 eventos con energía por encima de 57 EeV provienen de regiones del cielo donde se hallan NAGs muy cercanos a la Tierra, los cuales se encuentran a distancias menores a algunos cientos de millones de años luz de nuestro planeta.


Una imagen de la peculiar galaxia Centaurus A (NGC 5128), tomada por el telescópio de 4 metros de Cerro Tololo. El centro de la galaxia alberga el núcleo activo galáctico (NAG) más cercano a nosotros, a una distancia de 11 millones de años luz. Auger ha encontrado 2 rayos cósmicos de alta genergía dentro de 3° de este objecto. Crédito: National Optical Astronomy Observatories.

Los científicos piensan que la mayoría de las galaxias tienen agujeros negros en sus centros, con masas que van de millones a miles de millones de veces la masa de nuestro Sol. El agujero negro en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, pesa cerca de 3 millones de masas solares, pero no es un NAG. Las galaxias que tienen un NAG parece que son aquellas que sufrieron colisiones con otra galaxia en algún tiempo dentro de los últimos cientos de millones de años. El NAG devora la masa que cae en ella y emite prodigiosas cantidades de radiación. El resultado del Observatorio Pierre Auger indica que los NAGs podrían producir las partículas de más alta energía del universo.

La astronomía de rayos cósmicos es un gran reto porque a bajas energías, los rayos cósmicos no proporcionan información confiable que ayude a localizar sus fuentes: durante su viaje a través del cosmos, son desviadas por los campos magnéticos galácticos e intergalácticos lo que origina imágenes muy borrosas. Por el contrario las partículas más energéticas viajan casi en línea recta desde la fuente hacia la Tierra, pues apenas son afectadas por los campos magnéticos. Lamentablemente, estas partículas llegan a la Tierra con una frecuencia muy baja: cerca de una partícula por kilómetro cuadrado por siglo, lo que exige un observatorio muy grande para realizar esta clase de estudios.

Por su extensión, el Observatorio Auger puede registrar cerca de 30 eventos de ultra alta energía por año. La Colaboración Auger está desarrollando planes para construir un observatorio más grande en Colorado lo que ampliará la cobertura del cielo e incrementará sustancialmente el número de rayos cósmicos detectados de gran energía.

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El Observatorio Pierre Auger es un detector híbrido. Sobre la colina está uno de los cuatro edificios de Detectores de Fluorescencia y torres de comunicación. En la parte baja, en primer plano, está uno de los 1,600 Detectores de Partículas.

“Nuestros resultados actuales muestran el futuro prometedor de la astronomía de rayos cósmicos”, dijo Giorgio Matthiae , Co-vocero del Observatorio Pierre Auger e investigador en la Universidad de Roma. “Hasta ahora hemos instalado 1500 de los 1600 detectores de partículas del Observatorio Auger en Argentina. Una instalación en el hemisferio Norte nos permitiría observar más galaxias y agujeros negros, incrementando la sensibilidad de nuestro observatorio. Incluso hay más NAGs cercanos en el cielo del hemisferio norte que en el cielo del hemisferio sur.”


Un evento de rayos cósmicos visto por los cuatro Detectores de Fluorescencia. Cada detector registra el crecimiento y decaimiento del gran chubasco atmosférico, provocado por un rayo cósmico, compuesto por miles de millones de partículas secundarias.

El Observatorio Pierre Auger se está construyendo gracias a la colaboración de más de 370 científicos e ingenieros de 17 países.

“La Colaboración es una verdadera sociedad internacional en la que ningún país contribuyó más del 25 por ciento del costo total de la construcción que equivale a $54 millones de dólares,” dijo Danilo Zavrtanik de la Universidad de Nova Gorica y Presidente del Consejo de la Colaboración Auger. Los nombres de las agencias que financian el Observatorio Pierre Auger se presentan aquí, así como de las instituciones participantes.

La colocación de la primera piedra en el lugar seleccionado para la instalación del Observatorio Pierre Auger del hemisferio sur se llevó a cabo el 17 de marzo de 1999, en la provincia de Mendoza, Argentina. Después de un período de instalación y de prueba del detector, la recolección científica de datos comenzó en enero de 2004.

“Argentina se complace en albergar y participar en esta gran empresa científica,” dijo Alberto Etchegoyen, de la Comisión Nacional de Energía Atómica, y portavoz del Observatorio del hemisferio sur, “y ahora, al mirar todos estos años de esfuerzo y de entusiasmo, nos invade una sensación de gratitud y respeto hacia todos los miembros de la Colaboración quienes cuidaron hasta el más mínimo detalle, lo que permitió llegar al resultado que se presenta el día de hoy.”

Al observatorio se le puso el nombre en honor al científico francés Pierre Victor Auger (1899-1993), quien observó por primera vez, en 1938, las cascadas de partículas secundarias que producen los rayos cósmicos de alta energía en la atmósfera terrestre al colisionar con ella.

De México participan científicos y estudiantes de cuatro instituciones: la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, la Universidad Michoacana de San Nicolás Hidalgo y la Universidad Nacional Autónoma de México. Su contribución principal ha sido en el diseño de la óptica del detector de fluorescencia (que permitió ampliar el campo de visión de los telescopios 4 veces más que su antecesor sin pérdida de calidad), en la electrónica analógica del detector de fluorescencia, en el diseño del detector de partículas, en la instalación de detectores de partículas, en el método de calibración y monitoreo del detector de partículas, en el sistema global de análisis de datos, en el método de análisis de datos para estudios de composición, en el estudio de chubascos horizontales y candidatos a neutrinos, en el diseño del software, en la propuesta para candidatos a ser el origen de los rayos cósmicos de la más alta energía, y en la propuesta de ampliación del observatorio para energías ligeramente menores.

En la operación del observatorio, que se lleva a cabo tanto a control remoto, desde el edificio de operaciones del observatorio, como en el mismo campo de despliegue del detector, y en la toma de datos participan tanto investigadores como estudiantes. Esta actividad resulta muy edificante para los jóvenes que inician su carrera científica.

La participación de estudiantes en esta maravillosa empresa ha dado lugar a numerosas tesis de licenciatura, maestría y doctorado en las instituciones mexicanas involucradas.

En la construcción del observatorio también participó la industria mexicana, notoriamente la empresa Rotoplas, con la cual se finalizó el diseño del contenedor para los 1600 detectores de partículas.

La participación de México en el Proyecto Pierre Auger fue posible gracias al apoyo del Conacyt, las instituciones participantes y los fondos ALFA-EC en el marco del proyecto HELEN.