Los científicos mexicanos detrás de los sensores de profundidad en HAWC

A cuatro mil 100 metros sobre el nivel del mar, en el volcán Sierra Negra o Tliltépetl, en Puebla, 300 tanques, cuyo interior resguarda 54 millones de litros de agua (180 mil litros por cada uno), observan día y noche el cielo, un tercio de la bóveda celeste para ser precisos; su objetivo, captar los rayos gamma —la luz de más alta energía— que se producen en el universo y que llegan a la Tierra.

Fue el 20 de marzo de 2015 cuando concluyeron oficialmente los trabajos de instalación de esos 300 tanques (aunque su operación comenzó antes) que en conjunto conforman el Observatorio de Rayos Gamma HAWC (High Altitude Water Cherenkov), cuya construcción fue resultado de una inversión de 55 millones de pesos provenientes de un acuerdo de colaboración entre 30 instituciones encabezadas por la National Science Foundation (NSF) de Estados Unidos y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).

Los tanques funcionan bajo el principio de Cherenkov —efecto que ocurre en el agua como indicador de la incidencia de rayos gamma provenientes del espacio— y cuenta con una configuración única en su tipo a nivel mundial. Esos rayos gamma, descritos en las palabras del doctor Andrés Sandoval Espinosa, representante en México de la colaboración HAWC, no son otra cosa que luz de la más alta energía (imperceptible para el ojo humano), millones de veces más fuerte que la luz visible.

Y es gracias a la inversión, la tecnología de tanques, la innovadora configuración de los mismos y al esfuerzo de los más de cien científicos involucrados en su operación que HAWC, en tan solo dos años de los 10 que se tiene previsto opere en óptimas condiciones y se mantenga como el instrumento más poderoso en su tipo, ha reportado dos resultados de importancia mundial. El primero de ellos fue la creación del mapa de rayos gamma más detallado del universo hasta el momento, y en días recientes captó nuevas fuentes extendidas de rayos gamma.

El primero de los hallazgos, es decir, el mapa más detallado del universo (de rayos gamma de altas energías) captado hasta el momento, derivó de un monitoreo y un barrido de dos terceras partes del cielo durante el día y la noche. “El observatorio HAWC observa las denominadas cascadas atmosféricas —de rayos gamma— que desde el espacio llegan a la Tierra y chocan en su superficie; detectamos alrededor de 25 mil de estas cascadas por segundo”, dijo en entrevista Sandoval Espinosa.

El doctor señaló que eso implica cantidades enormes de información, aproximadamente dos terabytes por día, y es gracias a ello que lograron captar el mapa más detallado del universo, el cual documenta 40 fuentes astrofísicas emisoras de energía, de las cuales 25 por ciento son nuevas.

De ese trabajo es precisamente que se desprende el segundo gran hallazgo, que consistió en el análisis de las nuevas fuentes de energía, en particular una nueva fuente emisora de rayos gamma muy extendida. “Hemos descubierto otra fuente extendida de energía, cercana a la nebulosa del cangrejo, y es una de las fuentes más intensas de rayos gamma que nadie había observado hasta ahora”, dijo.

Mexicanos involucrados en el hallazgo

Aun cuando el trabajo de cada uno de los más de cien investigadores involucrados en HAWC es de gran relevancia en los hallazgos, el trabajo de los doctores Roberto Noriega Papaqui y Pedro Miranda Romagnoli es básico para el buen funcionamiento del observatorio, ya que son ellos quienes se encargan de la construcción y mantenimiento de los sensores de profundidad instalados en los tanques de HAWC.

Asimismo, hoy en día trabajan en un proyecto para desarrollar un nuevo sensor, inalámbrico, que permita optimizar el funcionamiento de los mismos, ya que los implementados actualmente muestran ciertas complicaciones derivadas de las condiciones climáticas del lugar donde se ubica el observatorio.

En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Noriega Papaqui, quien se desempeña como coordinador de la licenciatura en física y tecnología avanzada de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, explicó que su colaboración básicamente radica en el mantenimiento, construcción y diseño de nuevos sensores.

“La Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo se involucró en la colaboración HAWC en varias etapas; se trató de una denominada Vamos (ensamble de los detectores Cherenkov de agua), una más denominada HAWC 100 (etiquetado y cableado de alto voltaje) y, finalmente, en HAWC 300 (verificación de sensores), que es donde estamos trabajando actualmente”, dijo Noriega Papaqui.

—¿Cómo es que se involucran con los sensores y qué están haciendo?

—Los sensores de profundidad son un sistema que monitorea la altura del agua de los tanques para identificar si hay fugas en ellos y corregirlas con el objetivo de mantener el agua en un nivel óptimo. Nuestra participación en esa tarea arrancó conociendo a detalle la estructura y el funcionamiento de los sensores.

Estos fueron construidos por la colaboración HAWC, en particular por investigadores de la Universidad de Maryland, en Estados Unidos, quienes desarrollaron tres prototipos. El diseño de los sensores comenzó en 2013 y les tomó un par de años realizar pruebas con sus tres prototipos.

Nuestro trabajo en particular ha consistido en colocar o introducir los sensores en los tanques, para ello debimos cablear los 300 tanques de los que consta el observatorio, una vez realizado ese proceso colocamos los sensores al fondo de cada tanque y, posteriormente, monitoreamos los datos que envían al software que transforma la información a un ambiente visual que indica la falta de agua en los tanques.

De los sensores con cable a los inalámbricos

El doctor Miranda Romagnoli, quien funge como profesor investigador del área académica de matemáticas y física, también en la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, explicó que ellos se incorporaron a la colaboración en 2010, pero fue en 2015 que se sumaron al trabajo de monitoreo de niveles de agua, dos años después de que comenzó la elaboración del sistema, y a partir de ese momento, ellos se involucraron en todas las tareas relacionadas con el funcionamiento y manutención de los sensores.

Al respecto, el doctor Noriega Papaqui explicó que la altura de HAWC, situado a cuatro mil 100 metros sobre el nivel del mar, genera complicaciones de interferencia en los sensores debido a la carga estática que deriva de la dinámica de las nubes y del viento, lo cual a la larga daña los equipos. “Ante ello se comenzó a trabajar en elementos de seguridad para el sensor hasta que se llegó a la versión actual. Nosotros nos sumamos al trabajo justo en la etapa final del último prototipo, después se nos asignó la fabricación de los mismos y hoy en día trabajamos en el desarrollo de una nueva versión. Noriega Papaqui dijo que se trata de una opción inalámbrica que dé solución a los problemas de estática que experimentan los sensores actuales», comentó.

Y explicó que están diseñando un sistema inalámbrico, en colaboración con un investigador del Instituto Politécnico Nacional (IPN), “es un proyecto complejo porque los tanques son metálicos y ante ello es difícil que las microondas se comuniquen con una central pero estamos buscando concretar esa innovación tecnológica para evitar los problemas que experimentan los cables como consecuencia de las extremas condiciones”.

Ambos investigadores precisaron que ya cuentan con un prototipo y que están a punto de comenzar las pruebas in situ; el objetivo inicial es evaluar la comunicación, la operatividad y el funcionamiento en general. “Tenemos proyectado comenzar las pruebas durante diciembre (implementando el prototipo en dos tanques) y la siguiente etapa, si todo sale como esperamos, sería ampliar la prueba a 30 tanques más”, reveló el doctor Miranda Romagnoli.

Precisó que para la segunda etapa también requieren el permiso de los responsables del Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano, que se encuentra muy cerca —ligeramente más arriba, a cuatro mil 580 metros de altura— toda vez que una señal electromagnética podría afectar sus mediciones.

Fuente: CONACYT.