Cumbre científica en La Palma para el estudio de la astrofísica de altas energías

La Astronomía de rayos gamma de alta energía, las ondas gravitatorias, la Cosmología y la conexión de los rayos cósmicos con telescopios que operan en otras longitudes de onda han sido los temas de las cuatro sesiones que se han celebrado hoy en el marco del Simposium “Fronteras de la Física de Partículas”, celebrado en Los Cancajos, un día después de la inauguración oficial del telescopio LST-1 en el Observatorio del Roque de los Muchachos.

Werner Hofmann, del Instituto Max-Planck de Física Teórica (Alemania), abrió la primera sesión con una charla introductoria sobre CTA (Cherenkov Telescope Array) en el contexto de la Astronomía de rayos gamma, recordando la historia de este campo. Habló de las actuales instalaciones científicas que estudian en este rango de energía -CANGAROO, HESS, MAGIC y VERITAS- y a las que ahora se ha sumado el nuevo telescopio LST-1, prototipo de los cuatro telescopios de gran tamaño (Large Size Telescopes, LST) que formarán parte de la red CTA Norte.

A continuación, Masahiro Teshima habló de la ciencia que podrá hacerse con la red CTA y los telescopios LST. Concluyó que estas instalaciones tendrán una significativa sensibilidad en el rango de energía de 20 a 1000 gigaelectronvoltios (GeV) y una sensibilidad única de 20 a 200 GeV, expandiendo así el horizonte de la radiación gamma. Con esta instrumentación se estudiará el origen de los rayos cósmicos de procedencia galáctica y extragaláctica, la aceleración de partículas, los fenómenos de alta energía alrededor de agujeros negros y la búsqueda de materia oscura. Y destacó especialmente el papel que tendrá en la detección de los llamados estallidos de rayos gamma (GRB), las erupciones de rayos gamma de núcleos activos de galaxias (AGN) y los neutrinos.

La sesión continuó con el investigador principal de la red CTA en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), Ramón García López, que intervino en nombre de la colaboración del LST. Hizo un recorrido por el proceso y etapas de construcción del primer telescopio LST instalado en La Palma, desde sus orígenes como proyecto, los acuerdos establecidos, la selección del sitio, la primera piedra, con la presencia del premio nobel de Física 2015, Takaaki Kajita, quien precisamente recibió en esas fechas la notificación de la concesión del galardón, y finalmente la inauguración del LST, que tuvo lugar ayer con una ceremonia siguiendo una conocida tradición japonesa de corte de cintas. García López finalizó explicando cuáles serán los siguientes pasos de la colaboración por parte española, tanto a nivel científico como técnico.

Astrofísica de neutrinos

El premio nobel Takaaki Kajita, del Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos (ICRR) de la Universidad de Tokio, presentó una charla sobre la Física y la Astrofísica de los neutrinos con detectores de agua Cherenkov y los resultados obtenidos en las décadas de los 80 y 90, sobre todo tras la detección de neutrinos procedentes de la supernova de 1987 y la observación de neutrinos solares con el detector Kamiokande, de 50 toneladas de agua, en 1998. “Los detectores de agua Cherenkov (Kamiokande, IMB, Super-Kamiokande y SNO) han jugado papeles muy importantes en la Física y Astrofísica de neutrinos. Y nos gustaría seguir contribuyendo a estos campos con la próxima generación de detectores de agua Cherenkov Hyper-Kamiokande.”

Elisa Resconi, investigadora del Departamento de Física de la Universidad Técnica de Múnich, comentó los últimos resultados sobre el origen de los partículas cósmicas de ultra alta energía. “Los neutrinos en IceCube [el experimento que detectó en 2013 los primeros neutrinos de energía extremadamente alta de origen astrofísico] están abriendo una nueva ventana dentro del Cosmos”, en concreto con dos canales independientes para el estudio de los neutrinos cósmicos difusos, los primeros eventos de doble cascada, el primer evento candidato a resonancia Glashow y la fuerte evidencia de la primera fuente de neutrinos no estelar: un blázar. “La frontera –concluyó-, un telescopio de neutrinos planetario”, resultado de unir todas las instalaciones actualmente en operación con una nueva prevista en Canadá.

Ondas gravitacionales

Masatake Ohashi, del ICRR de la Universidad de Tokyo, informó del estado actual de KAGRA, un interferómetro de láser de 3 km, subterráneo, que utiliza espejos criogénicos y cuyo objetivo es la detección de ondas gravitacionales. “En la primavera de 2019 –anunció-, esperamos completar la fase de construcción y pasar a la fase de pruebas. KAGRA planea unirse en el otoño de 2019 a la tercera fase de operación de los detectores LIGO y VIRGO.

En la sesión de por la tarde dedicada a Cosmología, Jan Tauber, responsable científico del proyecto Planck en el European Space Research and Technology Centre (ESTEC), expuso los últimos resultados obtenidos en el marco de esta misión diseñada para estudiar el Fondo Cósmico de Microondas procedente del Big Bang, y que ha contribuido a fijar los parámetros fundamentales de la Cosmología: edad del universo (13,8 mil millones de años), la constante de Hubble (67,4 km/s/Mpc), época de reionización (z=7,7), y el contenido de materia oscura (26,6%), materia bariónica (4,09%) y energía oscura (68,3%) del Universo. También mencionó futuros satélites, como CORE, Litebird y Pixie, los telescopios en tierra, como el Experimento QUIJOTE, y el futuro GroundBIRD, estos dos últimos en el Observatorio del Teide, en Tenerife. “El reto ahora –subrayó- es alcanzar coherencia entre los estudios del universo temprano y tardío”.

Ramon Miquel, investigador de ICREA/IFAE (Institut de Física d’Altes Energies) de Barcelona, habló de cosmología observacional, en la que la formación de estructura es la cuestión más compleja hoy por hoy. Para abordarla, se necesitan grandes catálogos galácticos a gran escala. En su charla se concentró en el tema de la energía oscura, posiblemente el problema más acuciante de la Física fundamental, y en las acciones que se podrían acometer para su esclarecimiento.

Sinergia entre telescopios

En la última sesión, Javier Berdugo, científico del CIEMAT y responsable del proyecto AMS (Alpha Magnetic Spectrometer), comentó el estado actual de este instrumento instalado en la Estación Espacial Internacional dedicado al estudio de rayos cósmicos, materia oscura y búsqueda de rastros de antimateria del inicio del Universo. Desde 2011, este instrumento recoge datos de los fenómenos más violentos del Universo, además de estudiar la materia oscura y buscar rastros de antimateria primordial.

Cerró el simposium Romano Corradi, director del Gran Telescopio Canarias (GTC), quien afirmó que para entender los fenómenos astrofísicos es necesario observar en todas las longitudes de onda posible. “Ya no es un valor añadido observar en una longitud de onda más, es una necesidad crucial para entender el Universo”. En su charla dio ejemplos de lo que se ha hecho en visible e infrarrojo con un fenómeno de alta energía, con perspectiva de lo que se puede hacer en el futuro. “Es necesario una sinergia entre los diferentes telescopios, porque para estudiar desde todos los puntos de vista hace falta observaciones conjuntas y muy bien coordinadas. No se puede hacer al azar, hay que pensarlo antes. Hace falta, además, la mediación de telescopios intermedios, más pequeños que CTA y GTC, porque es una cadena que sin la mediación de estos telescopios intermedios no llegaría a GTC. Cada telescopio tiene un campo de visión y un tiempo de reacción muy diferente, con lo cual se tiene que pensar muy bien una estrategia para ir de la primera observación, cuando detectan esta explosión, a identificar con precisión a través de los telescopios pequeños dónde están en el cielo, y hasta llegar a los grandes telescopios, que te permiten entrar en todos los detalles posibles.”

El universo extremo

Mañana viernes, 12 de octubre, dará comienzo el curso “El universo extremo visto en rayos gamma de muy alta energía 2018″, organizado por elICRR Tokio y la Universidad de Tokio, en el que se discutirá sobre el importante papel que desempeñará la red CTA en el desarrollo de la astronomía multimensajero y se mostrarán aspectos teóricos y observacionales relacionados con el estudio del universo más energético. También, los días 12 y 13 de octubre, se celebrará la reunión del Forum Internacional de Física de Astropartículas (APIF, por sus siglas en inglés), organizado por The Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC), el SLAC National Accelerator Laboratory y la Universidad de Stanford.