Observatorio de Rayos Gamma HAWC

El observatorio de rayos gamma HAWC (acrónimo de High Altitude Water Cherenkov), es un laboratorio dedicado a observar el universo en las más altas energías, entre 100 GeV y 100 TeV .^[1] Opera de manera continua, y gracias a su amplio campo de visión (más del 15% del cielo), el observatorio puede ver dos terceras partes del cielo durante cada ciclo de 24 horas.

HAWC está construido en el flanco norte del volcán Sierra Negra, en el estado de Puebla, México, a una altitud de aproximadamente 4 100 metros sobre el nivel del mar (Coord 18°59′41″N 97°18′30.6″O / 18.99472, -97.308500) y a un kilómetro al norte del Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM).

HAWC fue diseñado para detectar rayos gamma de origen cósmico a través de la medición de cascadas atmosféricas. Estas cascadas se originan cuando un rayo gamma o un rayo cósmico de alta energía (también llamado primario) choca con algún átomo en la parte superior de la atmósfera terrestre. Esta colisión inicial produce una reacción en cadena que se observa como una cascada de partículas viajando a velocidades cercanas a la de la luz. Es el frente de esta cascada de partículas lo que HAWC mide con precisión.

HAWC es el sucesor del observatorio de rayos gamma Milagro, que se encontraba instalado en Nuevo México en Estados Unidos. Gracias a su ubicación a mayor altitud, su mayor número de detectores, y sus métodos mejorados para la separación entre hadrones y rayos gamma, HAWC es por lo menos 10 veces más sensible que Milagro .^[2] Es debido a este incremento en sensibilidad que HAWC podrá ser capaz de descubrir nuevas fuentes de rayos gamma con energías de TeV y nuevos fenómenos físicos en este rango de energías.^[3]

El Observatorio

HAWC está compuesto por 300 detectores de luz de Cherenkov en agua. Cada detector consta de un tanque de 7 metros de diámetro y 5 metros de alto hecho de acero y con una bolsa en su interior que contiene 180,000 litros de agua ultra pura. Dentro de esta bolsa de agua y anclados al suelo, hay cuatro tubos fotomultiplicadores, que son detectores muy sensibles a la luz capaces de observar el tenue destello Cherenkov que emiten las partículas que componen las cascadas atmosféricas a su paso por el agua.

El equipo electrónico de HAWC mide el tiempo y la cantidad de luz detectada en cada uno de los 1200 tubos fotomultiplicadores, y es tan sensible que con esta información es capaz de reconstruir la dirección de propagación y la energía de cada cascada atmosférica que es detectada. Además sobre la base de esta información es posible distinguir si la cascada fue iniciada por un rayo gamma o por un rayo cósmico. Es a través de los datos obtenidos por HAWC que los científicos que participan en el observatorio son capaces de inferir el lugar en el Universo en que los rayos gamma se originaron.

Los destellos de rayos gamma de alta energía son comúnmente el resultado de explosiones de supernovas o colisiones de estrellas. El detectar y poder caracterizar estos fenómenos tiene una gran importancia en el entendimiento de este tipo de eventos astrofísicos.

El desarrollo de HAWC

El diseño y las pruebas de la tecnología necesaria para construir al observatorio HAWC requirieron de un esfuerzo y tiempo considerable por parte de los colaboradores de HAWC. Desde que se realizaron las primeras mediciones con prototipos hasta el inicio las operaciones con el observatorio completo pasaron más de cinco años. El desarrollo de HAWC puede describirse de manera breve de la siguiente manera:

El primer prototipo de HAWC (proto HAWC) consistió en tres detectores de agua Cherenkov. Se realizaron pruebas en 2009.
El segundo prototipo de HAWC, llamado VAMOS, consistió en seis tanques de agua Cherenkov. Se realizaron pruebas con este prototipo entre octubre de 2011 y mayo de 2012.
La toma de datos con los primeros 30 tanques del observatorio (HAWC-30), ya con el diseño final de los tanques, inició en noviembre de 2012.
La toma de datos con 100 tanques del observatorio (HAWC-100), inició el 1 de agosto de 2013.
La operación con el observatorio HAWC completo, con 300 tanques, inició en marzo del 2015, cuando HAWC fue inaugurado oficialmente.

Construcción de los primeros 250 tanques del observatorio HAWC

Primeros resultados científicos

Aunque la construcción del observatorio concluyó a principios de 2015, este produjo sus primeros resultados científicos utilizando únicamente un 10% del observatorio, los cuales fueron presentados en la reunión de la Sociedad Americana de Física (APS por sus siglas en inglés). Los resultados atrajeron la atención de las noticias de la BBC, donde prepararon un artículo sobre HAWC que describe como el observatorio realizó la medición de la "sombra de la Luna".^[4] En este caso la Luna actúa como un filtro para los rayos cósmicos que entran en la atmósfera produciendo un déficit en la dirección que es bloqueada por la Luna.

Instituciones participantes

HAWC fue construido y es operado por una colaboración de instituciones principalmente mexicanas y estadounidenses, a las que recientemente se han sumado algunas europeas:

Instituciones mexicanas

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP)
Centro de Investigación en Computación (CIC-IPN)
Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (CINVESTAV)
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE)
Universidad Autónoma de Chiapas (UNACH)
Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH)
Universidad de Guadalajara (UdG)
Universidad de Guanajuato (DCI-UDG)
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH)
Instituto de Astronomía (IA-UNAM)
Instituto de Física (IF-UNAM)
Instituto de Ciencias Nucleares (ICN-UNAM)
Instituto de Geofísica (Igeof-UNAM)
Universidad Politécnica de Pachuca (UPP)

Instituciones en los Estados Unidos

Universidad Estatal de Colorado
Universidad George Mason
Instituto Tecnológico de Georgia
Laboratorio Nacional de Los Álamos
Universidad Estatal de Míchigan
Universidad Tecnológica de Míchigan
Centro Espacial Goddard de la NASA
Universidad Estatal de Ohio en Lima
Universidad Estatal de Pensilvania
Universidad de California en Irvine]
Universidad de California en Santa Cruz
Universidad de Maryland
Universidad de New Hampshire
Universidad de Nuevo México
Universidad de Rochester
Universidad de Utah
Universidad de Wisconsin-Madison

instituciones europeas

IFJ-PAN, Krakow, Poland
Max-Planck-Institut für Kernphysik de Alemania

Financiamiento de HAWC

La construcción y operación de HAWC es financiada de manera conjunta por el CONACyT de México, y por la NSF, DOE y el programa LDRD del Laboratorio Nacional de los Álamos de los Estados Unidos.

Otras fuentes significativas de financiamiento son:

Red de Física de Altas Energías, México
DGAPA-UNAM, México, proyectos IN105211, IN112910, IN121309, IN115409 e IA102715
VIEP-BUAP, México, proyecto 161-EXC-2011
El Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE)
University of Wisconsin Alumni Research Foundation, USA
The Institute of Geophysics, Planetary Physics, and Signatures (IGPPS) at Los Alamos National Laboratory (LANL), USA
The University of Maryland, USA