Explorant l’Univers amb enormes tancs d’aigua

Explorant l’Univers amb enormes tancs d’aigua

Un estudi recent ha permès avançar en el coneixement del misteriós origen d’excés d’antimatèria observat en raigs còsmics

A la falda del volcà Sierra Negra a l’estat de Puebla, Mèxic, a una  altitud d’uns 4.100 metres sobre el nivell del mar, en una enorme esplanada, hi podem trobar 300 tancs d’aigua de 5 metres d’alçada i 7 metres de diàmetre. Aquests tancs fets d’acer, contenen una bossa amb 180.000 litres d’aigua ultra pura. Com deveu estar pensant, no es tracta de cap enginy per a acumular aigua. Es tracta de l’observatori de raigs gamma HAWC (per les sigles en anglès High Altitude Water Cherenkov).

Com pot ser que uns enormes tancs d’aigua constitueixin un observatori de l’espai? Què observen? Què son els raigs gamma? I l’antimatèria?

Comencem pel principi, la radiació gamma o raigs gamma és un tipus de radiació electromagnètica, com la llum del sol, les ones de ràdio, els raigs X o les microones. Totes aquestes radiacions es caracteritzen per ser variacions periòdiques del camp electromagnètic, és a dir ones electromagnètiques.

Els raigs gamma són les radiacions electromagnètiques de més alta energia, i és molt difícil observar-los des de la Terra,  ja que són absorbits a les capes altes de l’atmosfera. Així doncs, fins fa ben poc, per a observar aquests raigs era necessari utilitzar globus a gran altitud, o observatoris en satèl·lits espacials. Amb aquests tipus d’observació, s’havia detectat una quantitat inesperada d’aquests raigs, i aquest fet, havia originat tota mena d’expectatives per a poder explicar d’on venien.

Els púlsars: un dels origens dels raigs gamma

Germinga i PSR B0656+14 són dos púlsars situats a la regió de Gèminis, a 800 anys llum de la Terra. Fa uns anys es van proposar com a la possible font de positrons còsmics detectats. Els púlsars són estrelles de neutrons que giren diverses vegades per segon, posseeixen un intens camp magnètic que indueix l’emissió de radiació electromagnètica en intervals regulars relacionats amb el període de rotació. Pel fet d’emetre en intervals regulars se’ls anomena Púlsars.

Pulsars HAWC

Aquestes són dues nebuloses, cadascuna amb una estrella de neutrons al seu interior girant a gran velocitat (púlsar), que produeix un vent d’electrons i positrons molt accelerats, produint així raigs gamma d’alta energia.

Només els esdeveniments més poderosos de l’Univers, com aquests púlsars són capaços de produir raigs gamma a gran escala.

L’antimatèria detectada

El positró és l’antipartícula de l’electró. És una partícula d’igual massa i càrrega elèctrica que l’electró, però de signe contrari. L’electró té càrrega elèctrica negativa i el positró positiva. Si un positró es troba amb un electró, s’aniquilen emetent fotons ultraenergètics (raigs gamma). Els positrons també es poden generar en la interacció de raigs gamma amb la matèria.

Així doncs, quan parlem de l’excés de positrons observat en raigs còsmics, parlem d’antimatèria. I en estudiar els raigs gamma provinents de l’espai podem estudiar també la seva relació amb l’antimatèria detectada.

 

Com es poden detectarels raigs gamma des de la Terra

Els raigs Gamma d’energia superior, en incidir a l’atmosfera i xocar amb altres partícules, produeixen milers de partícules (cascades atmosfèriques) que viatgen a velocitats properes a les de la llum.

L’Observatori HAWC va ser dissenyat per a detectar raigs gamma d’origen còsmic a través de la mesura de les cascades atmosfèriques.

Dins de la bossa d’aigua de cada tanc, hi ha ancorats a terra 4 tubs fotomultiplicadors, que són detectors molt sensibles a la llum. Aquests sensors detecten l’anomenada espurna de Cherenkov, que és una llum blava que emeten les partícules de les cascades atmosfèriques quan travessen l’aigua.

tanc HAWC

L’Observatori de raigs Gamma HAWC ha permès avançar en l’estudi de l’origen d’excés d’antimatèria observat en raigs còsmics

Quan una partícula carregada travessa un tanc d’aigua (línia vermella) indueix l’emissió de llum de Cherenkov (línies verdes), aquesta llum és detectada pels fotomultiplicadors situats al fons del tanc. La quantitat de llum detectada en els 1.200 tubs que hi ha en tot l’observatori, es mesura i permet reconstruir la direcció de propagació i l’energia de la cascada atmosfèrica.

L’any 2009 s’havia observat a través de dos satèl·lits diferents, PAMELA i AMS-2, un excés de positrons no esperats. Observacions posteriors havien confirmat i millorat les mesures. L’explicació que es va donar llavors, i que era la més raonable, és que la font d’aquest excés fossin els púlsars Germinga i PSR B0656+14.

Les mesures des de HAWC

Amb les darreres observacions fetes des de l’Observatori HAWC per diferents investigadors s’ha pogut determinar que els púlsars Germinga i PSR B0656+14 no són les fonts de l’excés de positrons observats ja que aquests no es propaguen amb prou rapidesa des dels púlsars fins a la Terra.

Institucions dels Estats Units, Mèxic, Polònia i Alemanya, col·laboren en les investigacions de l’ observatori HAWC, però dos dels investigadors principals d’aquest estudi són espanyols. Un d’ells, Francisco Salesa Greus, Investigador de l’Institut de Física Nuclear de l’Acadèmia Polonesa, confirma que “després d’excloure els dos candidats principals, estem més a prop d’entendre l’excés de positrons”. Mentre que Rubén Lopez Coto, Investigador de l’institut Max Plank de Física Nuclear de Heidelberg, afirma que “Els raigs gamma que mesura HAWC demostren que hi ha positrons d’alta energia escapant d’aquestes fonts”, referint-se als dos púlsars, “Però, d’acord amb les nostres mesures, aquests no podrien contribuir significativament per a aportar els positrons extra que mesurem a la Terra”. Així doncs, s’ha aconseguit avançar en el coneixement que es té de l’espai, encara que sigui per a descartar una idea que estava molt acceptada en la comunitat científica. El següents passos són seguir observant per a poder confirmar o descartar hipòtesis i així avançar en el coneixement de tot el que ens envolta.

L’observació de l’Univers, ha avançat molt i ja no només ens dediquem a observar el cel amb telescopis, hi ha moltes maneres d’observar, és a dir, recollir la informació que ens arriba de l’Univers a través de múltiples senyals. Una d’elles els raigs gamma, dels que es recull la informació prop d’un volcà de Mèxic, i després s’analitza en diferents centres de recerca repartits pel món.

observatori HAWC

 

 

Leave a Comment

Your email address will not be published.

*