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Coordenadas de un universo violento

Un observatorio ubicado a 4,100 metros de altura en el volcán Sierra Negra estudia las energías más altas que se producen en el cosmos: explosiones de supernovas, hoyos negros súper masivos y cadáveres estelares que se mueven a miles de kilómetros por segundo

Por EUGENIA COPPEL /

Fotografía: EUGENIA COPPEL

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En las faldas del volcán Sierra Negra, vecino del Pico de Orizaba, se encuentra Atzitzintla, una localidad poblana cuyas actividades son la agricultura de montaña y el pastoreo. Su pequeño zócalo con vista al valle, si no hay niebla, es el sitio más concurrido del pueblo. No sólo por estar frente a la iglesia o por tener una cancha asfaltada para jugar fut y basketball, sino porque solo en esa zona es posible recibir la señal telefónica. Quienes tienen celular, entre los más de ocho mil atzitzintecos, llaman y envían mensajes desde esta plaza.

 

En lo alto del volcán Sierra Negra, a más de cuatro mil metros de altura, se encuentran algunos de los proyectos astronómicos más avanzados de México. Entre ellos, un observatorio de rayos gamma y rayos cósmicos que analiza partículas en la atmósfera para monitorear los fenómenos más violentos del universo: explosiones de supernovas, hoyos negros masivos que devoran estrellas o cadáveres estelares que se mueven a miles de kilómetros por segundo. Lo conocen como HAWC (y lo pronuncian 'joc') por sus siglas en inglés: High Altitude Water Cherenkov. Es un experimento único en su tipo y está financiado en una cuarta parte por instituciones de México y el resto de Estados Unidos.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Andrés Sandoval es el veterano jefe del equipo de científicos mexicanos, y va al volante en una camioneta que lleva el escudo de la UNAM. En el asiento delantero viaja Ana Delia Becerril, de 31 años, “la post-doc” del grupo, un término de uso corriente entre los que acumulan títulos de posgrado. Al llegar al observatorio se encontrarán con otros dos colegas, pero antes, hay que recorrer unos 250 kilómetros del sur de la Ciudad de México hasta el municipio de Atzitzintla, en el límite de Puebla y Veracruz.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Más de tres horas de camino son buenas para intentar comprender los sofisticados mecanismos que se conjugan en HAWC. Lo que los astrofísicos comenzaron a hacer allí, oficialmente en marzo de este año, es observar las energías más poderosas que se producen en un universo siempre cambiante: los rayos gamma y los rayos cósmicos. La diferencia entre ellos, explica Sandoval, es que los primeros están hecho de fotones, y por lo tanto, generan la luz más energética. Los segundos están formados de partículas -como núcleos de helio o de carbono- y se mueven a velocidades cercanas a la de la luz.

 

Una vez que se identifica de dónde viene tal energía, es posible crear mapas para visualizar las zonas más explosivas dentro y fuera de la Vía Láctea. El campo que estudia estos fenómenos se llama astronomía de altas energías y es uno bastante reciente. Hasta hace apenas algunas décadas, no se tenía noticia de que existieran fuentes de rayos gamma en el universo.

 

─Fue una sorpresa ─dice Sandoval.

 

Fue una casualidad. En tiempos de Guerra Fría, en la década de los 70, Estados Unidos lanzó un satélite espía para buscar pruebas nucleares clandestinas en la Tierra. Lo que detectó, en cambio, fueron poderosas explosiones de rayos gamma que se producían dentro y fuera de la galaxia.

 

Los primeros observatorios que se establecieron entonces utilizaron espejos parabólicos y cámaras para ver la luz en la oscuridad. No vieron demasiado. Trabajaron mucho en mejorar sus técnicas hasta que al fin registraron la primera fuente: la supernova del Cangrejo.

 

Y tampoco era una gran novedad: la explosión de esa estrella fue observada por los astrónomos chinos hacia el año 1050. Reportaron al emperador en turno que había aparecido una estrella huésped y documentaron que llegó a ser tan brillante que podía verse durante el día. Y es tan brillante, aún hoy, porque al explotar generó un púlsar, que es el remanente de una estrella masiva cuando explota: un acelerador natural de partículas del tamaño de una ciudad, que gira 30 veces por segundo en su propio eje. Es tan densa, que si se pudiera tomar una cucharada de esa estrella pesaría unas 200 toneladas.

 

El Cangrejo es la fuente más energética que se ha observado hasta ahora, y por muchos años, la única conocida de rayos gamma y rayos cósmicos. Tantos, cuenta Sandoval, que a los astrónomos de la nueva rama les echaban burla por ser el campo de estudio con una sola fuente. Ahora se tienen identificadas alrededor de 160.

Un volcán de proyectos científicos

 

No todo es charla galáctica rumbo al HAWC. El científico cuenta que su papá, Alberto Sandoval, fue el primer químico que se doctoró en México (1947), y que más tarde fue director del Instituto de Química de la UNAM. El propio Andrés comenzó sus estudios de física en la Autónoma de México, pero se doctoró en 1973 en la Universidad de Heidelberg, Alemania. Vivió más de treinta años en el extranjero y 20 de ellos trabajó como investigador asociado en el acelerador de partículas CERN, en Suiza, el sitio que permitió el descubrimiento del bosón de Higgs.

 

Dejamos la autopista México-Puebla-Veracruz para avanzar por una carretera de dos carriles. Pasamos algunas haciendas abandonadas de la época revolucionaria, de las que sólo quedan los cascos rodeados de milpas secas. No falta mucho para entrar en la zona decretada por Lázaro Cárdenas como el Parque Nacional Pico de Orizaba, lo mismo que para encontrar los arcos de piedra que dan la bienvenida a las calles adoquinadas de Atzitzintla.

 

De ahí parte el camino hacia el observatorio, pero antes de subir es necesario registrarse en la oficina del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, el INAOE, que junto al CONACYT, la UNAM y otra decena de universidades nacionales, aportó los 5 millones de dólares de la parte mexicana para construir el HAWC. Entre los organismos estadounidenses que pusieron los 15 millones restantes están la National Science Foundation, la NASA y reconocidas universidades. Son 34 instituciones en total.

 

El INAOE, además, es líder de otro proyecto de alta tecnología astronómica en el Sierra Negra: el Gran Telescopio Milimétrico (GMT), cuya silueta blanca en la punta del volcán se alcanza a ver desde el pueblo en un día despejado. EL GMT abrió literalmente la brecha para que proyectos como el HAWC se construyeran en la región.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Al llegar al observatorio nos recibe, con café en mano, Eduardo de la Fuente Acosta, astrofísico investigador de la Universidad de Guadalajara que coordina la red de cables del HAWC y representa a la UdeG en este proyecto. Mientras el piloto y la copiloto del viaje se ponen manos a la obra en una cabina llena de cables y botones, De la Fuente explica cómo es que se llegan a obtener las coordenadas de un universo violento.

El efecto Cherenkov

 

HAWC está compuesto de 300 contenedores cilíndricos de metal, cada uno de los cuales contiene 180 mil litros del agua más limpia. Gran parte de ella fue traída de los manantiales de la región y toda fue sometida a procesos de filtrado y purificación. Para entender qué hace todo este líquido en un observatorio de la bóveda celeste, hay que remontarse a la Rusia de principios de siglo XX.

 

Ahí nació Pável Cherenkov, un investigador que ganó el Nobel de Física en 1958. Sus descubrimientos constituyen el principio de la técnica que hoy utiliza el High Altitude Water Cherenkov. El físico se dio cuenta de que la luz, cuando se desplaza en el agua, viaja a tres cuartas partes de su velocidad en el vacío. Y que, cuando esto sucede con partículas cargadas, se generan unos destellos de luz azul. Esa luz es lo que se mide en HAWC.

 

De la Fuente lo explica mejor, y con el entusiasmo de quien ama su profesión:

 

─En el universo hay fuentes que emiten rayos gamma y rayos cósmicos. Si pegaran directo en la Tierra, afectarían a la biósfera, pero la atmósfera es un escudo natural. La atmósfera los absorbe y se propagan en una cascada de partículas cargadas, atómicas y subatómicas, que viajan casi a la velocidad de la luz en el vacío. Cuando estas cruzan los detectores que están llenos de agua producen la luz Cherenkov. Y esa luz es lo que medimos con los cuatro sensores que están anclados en el fondo de cada detector.

 

HAWC -a diferencia de un telescopio- es artefacto estático y ciego. Las nubes son de lo poco que se mueve allá arriba y los únicos elementos ópticos involucrados son los ojos de los científicos. Ellos analizan los datos que arroja el sistema las 24 horas de todos los días del año, sin importar las condiciones del clima. Pueden hacerlo in situ o monitorearlo desde casa.

 

Con programas de cómputo especializados, observan en tiempo real el momento en que los sensores detectan estas cascadas de partículas, y saben si fueron producidas por un rayo gamma o un rayo cósmico. Estas cascadas, invisibles para el ojo humano, son como el ADN de la energía original. Cada destello de luz permite determinar la potencia del rayo, la dirección y la fuente a través de modelos y simulaciones.

 

Pero HAWC es limitado: sólo puede observar hasta cierta distancia -“no puede ver etapas muy tempranas del universo”, explica De la Fuente- y no tiene la resolución suficiente para saber cuántos hoyos negros o supernovas hay en la mancha ultra brillante que se observa en el centro de nuestra galaxia. Para eso hay acuerdos de colaboración con el satélite de NASA Fermi y con el observatorio HESS, liderado por Alemania.

 

Los mapas que ha producido HAWC tienen mejor calidad a los que existían antes, con todo y que fueron hechos con apenas 100 detectores construidos, es decir, un tercio de su capacidad. Según De la Fuente, cuando se terminen de analizar los datos del total de los detectores se podrán obtener mapas nuevos y vanguardistas, que seguramente serán el tema de tesis de más de algún post-doc.

Después de Milagro

 

El paisaje desde el observatorio es tan espectacular como la tecnología que utiliza, incluso con la neblina que cubre gran parte del cielo ese primer día en la montaña. Los enormes tanques plateados, la maquinaria y los cables, la poca vegetación y el silencio que reina hacen pensar en una estación instalada en la superficie de otro planeta. El siguiente día se van las nubes y aparece el Pico de Orizaba o Citlaltépetl, el volcán y la montaña más alta de México con 5,610 metros sobre el nivel del mar.

 

La altura del terreno en el Sierra Negra (4,100 metros) y su distancia con el Ecuador fueron los factores que hicieron de este sitio el mejor lugar para instalar el experimento. Antes de HAWC, hubo una especie de observatorio piloto en Nuevo México. Lo llamaron Milagro y fue el primer intento de medir los rayos gamma desde la Tierra.

 

─Milagro demostró que la técnica funcionaba, pero se necesitaba más altura y una superficie más grande ─explica Sandoval. Se desmanteló y cerró, y ahora tenemos acá parte de su equipo.

 

Los científicos que operaban Milagro comenzaron a buscar un nuevo sitio para el observatorio en el 2005. El Sierra Negra compitió con el monte Chacaltaya, en los Andes Bolivianos, y con otra montaña del Tíbet. El primero ganó gracias a su buen clima (entre los 4 y los 10 °C todo el año) y la experiencia del grupo de científicos mexicanos como Andrés Sandoval. HAWC es 15 veces más sensible que Milagro.

Astrofísicos en potencia

 

La cena está servida después de una jornada a 4,100 metros de altura. Sólo nuestra mesa está ocupada en el restaurante de paredes verdes y sillas de plástico que está al lado del único hotel de Atzitzintla, donde pasamos la noche. Y donde científicos como Arturo Iriarte, también de la UNAM, pasan la mitad de las noches de la semana.

 

Desde 2008, cuando se instaló el primer prototipo de HAWC, los científicos mexicanos conviven regularmente con algunos atzitzintecos, como los trabajadores que construyeron el observatorio y las hermanas que despachan en el hotel y el restaurante. A uno de los científicos más jóvenes le gusta dar charlas sobre HAWC en la secundaria del pueblo. Y durante los días de la inauguración del observatorio, en marzo pasado, se lanzó un concurso para niños de dibujos sobre el universo.

 

A Eduardo de la Fuente lo invitaron a ser padrino de los 15 años de Zaira, que cuando no va a la prepa en Ciudad Serdán le ayuda a su mamá con el hotel. Y el científico tapatío, de 41 años y sin hijos, se ha tomado muy en serio el nombramiento. No sólo porque patrocinó, como se debe, la fiesta de celebración. También porque la apoya más que nadie en su sueño de convertirse en astrónoma.

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