• Investigadores do IGFAE desempeñan un papel crucial na recompilación, reconstrución e análise destes eventos rexistrados no maior detector de raios cósmicos do mundo, o Observatorio Pierre Auger (Arxentina).
  
•  O catálogo, que se publicou na revista Astrophysical Journal Supplement Series, acompáñase dun visualizador en liña que permite explorar de forma sinxela e interactiva as súas propiedades

Un dos grandes misterios en astropartículas é saber como unha partícula, na súa viaxe polo cosmos de centos de millóns de anos luz cara á Terra, pode ser acelerada cunha enerxía ata dez millóns de veces superior á que alcanzan os protóns no acelerador de partículas máis potente do mundo, o Gran Colisionador de Hadróns (LHC) do CERN. Para estudar estes raios cósmicos e esclarecer os mecanismos de aceleración, propiedades e a fonte que os orixina, existen observatorios como Pierre Auger, cuxa colaboración internacional publicou recentemente un traballo en The Astrophysical Journal Supplement Series cos 100 raios cósmicos máis enerxéticos xamais detectados neste detector entre 2004 e 2020. O artigo compleméntase cun catálogo en liña que permite explorar de forma sinxela e interactiva as súas características, direccións de chegada á Terra ou os detectores que os observaron: https://opendata.auger.org/catalog/

Un raio cósmico é unha partícula, a maioría protóns ou núcleos máis pesados, que cando chega á atmosfera e interacciona con ela produce unha chuvia de partículas secundaria, a modo de fervenza, que abarca unha extensión xigantesca. Os raios cósmicos máis enerxéticos, con enerxías por encima e ao redor de 1 exaelectronvoltio (1 EeV = 10¹⁸ eV), viaxan a unha velocidade próxima á da luz e os de enerxías máis elevadas son tan escasos que apenas chegan á Terra tres ou catro por quilómetro cadrado cada século. Por iso se necesitan detectores que cubran áreas enormes como o Observatorio Pierre Auger en Mendoza (Arxentina), o máis preciso e grande do mundo, abarcando unha superficie de 3.000 km², comparable á extensión de Mallorca.

Auger conta cun sistema híbrido de detectores. Por unha banda, 1.600 tanques (puntos grises da imaxe 2) de auga altamente purificada observan unha luz azulada, denominada luz Cherenkov, que se produce cando as partículas atravesan a auga a velocidades superiores á da luz neste medio. Doutra banda, 24 telescopios de fluorescencia (cadrados grises da imaxe 2) recollen a luz emitida polas moléculas de nitróxeno da atmosfera ao ser excitadas cando os raios cósmicos a atravesan. Con este sistema híbrido pódese determinar a enerxía e dirección de chegada de cada raio cósmico primario e calcular as súas masas.

Reconstrución de chuvias de partículas inclinadas

O equipo do IGFAE que participou neste traballo é experto na reconstrución de chuvias de partículas moi inclinadas e desempeñou un papel crucial na recompilación, reconstrución e análise dos eventos incluídos no catálogo. As chuvias inclinadas, compostas principalmente por muóns ao nivel do chan e diferentes de analizar, son importantes para identificar os neutrinos extremadamente enerxéticos de entre todas as partículas cósmicas que bombardean a Terra e achegan información para saber que obxectos cósmicos orixinan os raios cósmicos primarios. O evento inclinado máis enerxético do catálogo corresponde ao número 17, cun ángulo cenital de 77,2 graos e 117 EeV, producindo sinal en 75 detectores de auga-Cherenkov ao longo de 35 km. O evento máis enerxético xamais detectado en Auger, o número 1, rexistrouse o 10 de novembro de 2019 cunha enerxía de 166 EeV e un ángulo de 58,6 en 34 detectores. O catálogo tamén inclúe nove eventos moi enerxéticos que se utilizaron para calibrar e determinar a enerxía dos raios primarios.

“O estudo desta radiación extremadamente enerxética ‒apunta Jaime Álvarez Muñiz, un dos autores do IGFAE asinante do traballo‒ é moi relevante para identificar as fontes de raios cósmicos máis extremas e violentas do universo, que posiblemente conseguen a súa enerxía alimentándose de obxectos como buracos negros supermasivos. Na actualidade, o Observatorio atópase nunha fase de actualización denominada AugerPrime na que se están instalando detectores de escintilación na parte superior dos detectores de superficie para mellorar os estudos sobre a composición de masa dos raios cósmicos de ultra alta enerxía”.

Imaxe 2. Ilustración dos detectores do Observatorio Pierre Auger e rastro da chuvia inclinada máis enerxética, a número 17 do catálogo, vista dende arriba. Entre os círculos avermellados obsérvase unha área baleira na que non hai detectores polas dificultades para obter o permiso do propietario local para instalalos. Os detectores que non recolleron sinal represéntanse como pequenos puntos grises, os 4 cadrados grises nos bordos da matriz (LL, LM, CO e A) indican os telescopios de fluorescencia e os 6 puntos negros son as estacións que non funcionaban durante a observación do evento. As liñas marróns indican estradas. Crédito: IGFAE.

Sobre o Observatorio Pierre Auger

O Observatorio é operado pola Colaboración Pierre Auger, na que traballan máis de 400 científicos, enxeñeiros e técnicos de máis de 90 institucións en 18 países. O IGFAE da Universidade de Santiago de Compostela e a Universidade de Granada, que tamén participou na análise destes eventos, son as únicas institucións españolas. Os investigadores do IGFAE que contribuíron na elaboración do catálogo son Jaime Álvarez Muñiz, Juan Ammerman Yebra, Lorenzo Cazón Boado, Marvin Gottowik, Miguel Alexandre Martins, Gonzalo Parente Bermúdez e Enrique Zas Arregui.

Información adicional:

Abdul Halim et al2023 ApJS264 50
DOI: 10.3847/1538-4365/aca537

Imaxe principal. Ilustración tridimensional dos detectores do Observatorio Pierre Auger e rastro da chuvia inclinada máis enerxética, a número 17 do catálogo, inducida por unha partícula de raios cósmicos cunha enerxía estimada de 117 EeV, que chega cun ángulo cenital de 77.2 graos, e produce sinal en 75 estacións de auga-Cherenkov ao longo de 35 km. Os detectores están coloreados segundo o tempo de chegada das partículas, dende o máis temperán (amarelo) ata o último (vermello), e co seu tamaño proporcional ao sinal recollido o 26 de setembro de 2015. Na marxe dereita móstrase información máis detalla do evento, como a cantidade de sinal recibido en cada detector e tempo de chegada. Crédito: Colaboración Observatorio Pierre Auger.