Arroja energéticos descubrimientos el Observatorio HAWC
continúa colaboración de la UAEH

Dr. Pedro Miranda Romagnoli
Área Académica de Matemáticas y Física

Créditos: HAWC Collaboration

El Observatorio de Rayos Gamma HAWC consiste de un arreglo de tanques llenos de agua ubicados a 4 mil 100 metros sobre el nivel del mar en el volcán Sierra Negra en el estado de Puebla, donde la atmósfera es delgada y ofrece buenas condiciones para la observación de rayos gamma. Se trata de un esfuerzo conjunto de científicos de EEUU, México y Europa, principalmente.

Es importante mencionar que el volcán Sierra Negra es la quinta montaña más alta de México, que se ubica a escasos siete kilómetros del Pico de Orizaba y que en su cumbre también alberga el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano, el más grande radiotelescopio en el mundo en su frecuencia con una antena de alrededor de 50 metros.

Desde su inauguración, en marzo de 2015, varios descubrimientos han tenido lugar gracias a este Observatorio. Así, a solo dos años de su operación fue publicado, en 2017, el primer catálogo de fuentes de rayos gamma del orden de 10¹² eV o TeV (el electrón-volt o simplemente eV es la unidad de medida de energía utilizada para partículas) llamado 2HWC y que incluye 39 fuentes, de las cuales 19 son nuevas fuentes, las cuales no están asociadas con fuentes previamente detectadas. De las fuentes reportadas en este catálogo, 10 son remanentes de súper novas. Los resultados pueden consultarse en el artículo “The 2HWC HAWC Observatory Gamma-Ray Catalog”, publicado en The Astrophysical Journal (https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aa7556

En 2018 se descubrieron emisiones de rayos gamma altamente energéticos provenientes de las regiones más lejanas de nuestra galaxia. La fuente, el microcoasar SS 433 situado a 15 mil años luz de la Tierra, compuesto por un agujero negro que devora material de una estrella cercana y lanza chorros de materia conocidos como jets. Se sabe de la existencia de una docena de microcoasares en nuestra galaxia, pero solo un par de ellos tienen emisiones altamente energéticas. Como referencia se puede consultar el artículo científico titulado “Very-high-energy particle acceleration powered by the jets of the microquasar SS 433” publicado en Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-018-0565-5).

Más recientemente, en 2020, se descubrieron nueve fuentes de rayos gamma, las cuales ya fueron catalogadas y son las más energéticas detectadas en nuestra galaxia. Todas estas fuentes tienen pulsares (estrellas de neutrones rotativas altamente magnetizadas) en las cercanías. Este hallazgo fue publicado en la revista Physical Review Letters con el título “Multiple Galactic Sources with Emission Above 56 TeV Detected by HAWC” (https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.021102).

Además, gracias a los datos almacenados en mil 523 días se publicó ese mismo año, el tercer catálogo del Observatorio HAWC conocido como 3HWC, en el que se reportan 65 fuentes de rayos gammas con energías arriba de varios TeV cuyos datos fueron publicados bajo el título “3HWC: The Third HAWC Catalog of Very-high-energy Gamma-Ray Sources” en la revista The Astrophysical Journal (https://dx.doi.org/10.3847/1538-4357/abc2d8). Este catálogo no solo reporta nuevas fuentes de rayos gamma altamente energéticos, sino que servirá para corroborar la existencia de fuentes reportadas por otros catálogos como el de Fermi LAT (Large Area Telescope).

Figura 1. Mapa del cielo en rayos gamma. Se observa a la izquierda nuestra galaxia, como una fuente de alta emisión de rayos gamma, fuera de ella se observan los blazares Markarian 421 y 501. A la derecha destacan Geminga y la Nebulosa del Cangrejo. Créditos: HAWC Collaboration

Contrario a los rayos cósmicos, los rayos gamma casi no sufren desviaciones en su recorrido de la fuente que los origina a la Tierra, por lo que su origen puede ser determinado con bastante precisión; por otro lado, se espera que éstos puedan ayudar a determinar el misterio de las fuentes que originan los rayos cósmicos.

Se tiene planeado que el Observatorio HAWC esté en operaciones hasta 2023, por lo que estará produciendo datos un par de años más. Las y los científicos que participan en la Colaboración internacional tendrán que aprovechar al máximo este breve periodo para hacer sus indagaciones y reportar sus resultados.

Científicos de la UAEH, colaboradores permanentes

Yo, junto con el doctor Roberto Noriega Papaqui, ambos profesores investigadores del Área Académica de Física y Matemáticas en la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH), hemos participado en la Colaboración HAWC desde 2010, año en que empezó la construcción del prototipo llamado VAMOS, mismo que sirvió para estudiar diferentes configuraciones posibles de los tanques detectores.

Ya durante la construcción del arreglo principal del Observatorio HAWC, conformado por 300 tanques con un diámetro de 7.3 metros y llenos de agua a una altura de 4.5 metros, participamos en el cableado para la instrumentación de los mismos.

Actualmente la UAEH es responsable del sistema de monitoreo del nivel de agua de los tanques detectores, ya que una baja en su nivel puede ocasionar un error en la detección de los chubascos de partículas que inciden en el arreglo.

Cabe destacar que estos 11 años de pertenecer a la Colaboración han permitido consolidar de manera definitiva el Cuerpo Académico de Física Matemática a la Ingeniería, además de permitir la realización de tesis y la participación de alrededor de 25 estudiantes en las diferentes tareas asignadas al grupo, principalmente de las licenciaturas de Física y Tecnología Avanzada, Ciencias de los Materiales y Electrónica de la UAEH.

FOTO. Dr. Roberto Noriega Papaqui y Dr. Pedro Miranda Romagnoli, ambos profesores investigadores de la UAEH, durante una sesión de trabajo en el Observatorio HAWC ubicado en el Volcán Sierra Negra en Puebla