El Observatorio Pierre Auger es un observatorio internacional de rayos cósmicos en Argentina diseñado para detectar rayos cósmicos de energía ultra alta : partículas subatómicas que viajan casi a la velocidad de la luz y cada una con energías superiores.10 18 eV . En la atmósfera terrestre, estas partículas interactúan con los núcleos de aire y producen otras partículas. Estas partículas efectoras (llamadas " lluvia de aire ") pueden detectarse y medirse. Pero dado que estas partículas de alta energía tienen una tasa de llegada estimada de sólo 1 por km 2 por siglo, el Observatorio Auger ha creado un área de detección de 3.000 km 2 (1.200 millas cuadradas), el tamaño de Rhode Island o Luxemburgo , para poder detectar registrar un gran número de estos eventos. Está ubicada en el oeste de la provincia de Mendoza , Argentina , cerca de los Andes .
La construcción comenzó en 2000, [1] el observatorio ha estado tomando datos de grado de producción desde 2005 y se completó oficialmente en 2008. El sitio norte estaría ubicado en el sureste de Colorado, Estados Unidos y albergado por Lamar Community College. También constaría de detectores de agua Cherenkov y telescopios de fluorescencia, que cubrirían un área de 10.370 km2, 3,3 veces mayor que la de Auger Sur.
El observatorio lleva el nombre del físico francés Pierre Victor Auger . El proyecto fue propuesto por Jim Cronin y Alan Watson en 1992. Hoy en día, más de 500 físicos de casi 100 instituciones de todo el mundo [2] están colaborando para mantener y mejorar el sitio en Argentina y recopilar y analizar los datos medidos. Los 15 países participantes compartieron el presupuesto de construcción de 50 millones de dólares y cada uno aportó una pequeña parte del coste total.
Desde el espacio exterior llegan a la Tierra rayos cósmicos de energía ultraalta. Estos consisten en partículas subatómicas individuales ( protones o núcleos atómicos ), cada una con niveles de energía más allá10 18 eV . Cuando una partícula de este tipo llega a la atmósfera de la Tierra, su energía se disipa creando miles de millones de otras partículas: electrones , fotones y muones , todas ellas cercanas a la velocidad de la luz. Estas partículas se propagan longitudinalmente (perpendicular a la ruta entrante de una sola partícula), creando un plano de partículas que se mueve hacia adelante, con intensidades más altas cerca del eje. Un incidente de este tipo se denomina " ducha de aire ". Al atravesar la atmósfera, este plano de partículas crea una luz ultravioleta, invisible al ojo humano, llamada efecto fluorescente, que se asemeja más o menos a la trayectoria recta de un rayo. Estos rastros pueden fotografiarse a alta velocidad mediante telescopios especializados, llamados detectores de fluorescencia, que dominan un área a una ligera elevación. Luego, cuando las partículas alcanzan la superficie terrestre, se pueden detectar cuando llegan a un tanque de agua, donde provocan una luz azul visible debido al efecto Cherenkov . Un tubo fotoeléctrico sensible puede captar estos impactos. Esta estación se denomina detector Cherenkov de agua o "tanque". El Observatorio Auger cuenta con ambos tipos de detectores que cubren la misma área, lo que permite realizar mediciones muy precisas.
Cuando una lluvia de aire golpea varios detectores Cherenkov en el suelo, la dirección del rayo se puede calcular utilizando geometría básica. El punto del eje longitudinal se puede determinar a partir de las densidades en cada estación terrestre afectada. Dependiendo de la diferencia horaria de los lugares de impacto, se puede determinar el ángulo del eje. Solo cuando el eje es vertical, todos los detectores de tierra se registran al mismo tiempo, y cualquier inclinación del eje provocará una diferencia de tiempo entre el primer y el último aterrizaje. [3]
Los rayos cósmicos fueron descubiertos en 1912 por Victor Hess . Midió una diferencia en la ionización a diferentes alturas (usando la Torre Eiffel y un globo aerostático tripulado por Hess), una indicación del adelgazamiento atmosférico (y por lo tanto extendido ) de un solo rayo. La influencia del Sol se descartó midiendo durante un eclipse. Muchos científicos investigaron el fenómeno, a veces de forma independiente, y en 1937 Pierre Auger pudo concluir detalladamente que se trataba de un solo rayo que interactuaba con los núcleos de aire, provocando una lluvia de electrones y fotones. Al mismo tiempo, se descubrió la tercera partícula muón (que se comporta como un electrón muy pesado).
En 1967, la Universidad de Leeds desarrolló un detector de agua Cherenkov (o estación de superficie ; una pequeña cuenca de agua, de 1,2 m de profundidad; también llamada tanque ) y creó un área de detección de 12 km2 en el parque Haverah utilizando 200 tanques de este tipo. Estaban dispuestos en grupos de cuatro en un patrón de suelo triangular (Y), los triángulos en diferentes tamaños. El observatorio trabajó durante 20 años y produjo los principales parámetros de diseño para el sistema de detección terrestre del Observatorio Auger. Fue Alan Watson quien en los últimos años dirigió el equipo de investigación y posteriormente co-inició la Colaboración del Observatorio Auger.
Mientras tanto, desde el Volcano Ranch (Nuevo México, 1959-1978), el Fly's Eye ( Dugway, Utah ) y su sucesor el Detector de Rayos Cósmicos Fly's Eye de Alta Resolución llamado "HiRes" o "Fly's Eye" ( Universidad de Utah ), el Se desarrolló la técnica del detector de fluorescencia . Estos son telescopios ópticos, ajustados para visualizar los rayos de luz ultravioleta cuando se mira sobre una superficie. Utiliza observación facetada (de ahí la referencia al ojo de la mosca) para producir imágenes pixeladas a alta velocidad. En 1992, James Cronin dirigió la investigación y co-inició la Colaboración de Observación Auger.
El Observatorio Pierre Auger es único porque es el primer experimento que combina detectores terrestres y detectores de fluorescencia en el mismo sitio, permitiendo así la calibración cruzada y la reducción de los efectos sistemáticos que pueden ser peculiares de cada técnica. Los detectores Cherenkov utilizan tres grandes tubos fotomultiplicadores para detectar la radiación Cherenkov producida por partículas de alta energía que pasan a través del agua en el tanque. El tiempo de llegada de partículas de alta energía de la misma lluvia a varios tanques se utiliza para calcular la dirección de viaje de la partícula original. Los detectores de fluorescencia se utilizan para rastrear el brillo de la lluvia de partículas en las noches sin nubes y sin luna, mientras desciende a través de la atmósfera.
En 1995, en el Fermilab de Chicago, se realizó el diseño básico del observatorio Auger. Durante medio año, muchos científicos elaboraron los requisitos principales y una estimación de costes para el Auger proyectado. [3] El área del observatorio tuvo que reducirse de 5.000 km 2 a 3.000 km 2 .
Cuando comenzó la construcción, primero se instaló un prototipo a escala real: el Engineering Array. Este conjunto constaba de los primeros 40 detectores terrestres y un único detector de fluorescencia. Todos estaban completamente equipados. El conjunto de ingeniería funcionó durante 6 meses en 2001 como prototipo; Posteriormente se integró en la configuración principal. Se utilizó para tomar decisiones de diseño más detalladas (como qué tipo de tubo fotomultiplicador (PMT) usar y los requisitos de calidad del agua del tanque) y para calibrar. [4]
En 2003, se convirtió en el detector de rayos cósmicos de energía ultraalta más grande del mundo. Está ubicado en la vasta llanura de Pampa Amarilla, cerca de la localidad de Malargüe en la Provincia de Mendoza , Argentina . La configuración básica consta de 1.600 detectores o 'tanques' Cherenkov de agua (similares al experimento del Parque Haverah ) distribuidos en 3.000 kilómetros cuadrados (1.200 millas cuadradas), junto con 24 telescopios detectores de fluorescencia atmosférica (FD; similar al de alta resolución). Fly's Eye ) supervisando la matriz de superficie.
Para respaldar las mediciones atmosféricas (mediciones FD), se agregan al sitio estaciones de soporte:
El observatorio ha estado tomando datos de buena calidad desde 2005 y se completó oficialmente en 2008.
En noviembre de 2007, el equipo del Proyecto Auger anunció algunos resultados preliminares. Estos mostraron que las direcciones de origen de los 27 eventos de mayor energía estaban correlacionadas con las ubicaciones de los núcleos galácticos activos (AGN). [6] Sin embargo, una prueba posterior con una muestra de datos mucho mayor reveló que el gran grado de correlación observada inicialmente se debía probablemente a una fluctuación estadística. [7]
En 2017, los datos de 12 años de observaciones permitieron descubrir una anisotropía significativa en la dirección de llegada de los rayos cósmicos a energías superiores.8 × 10 18 eV . Esto respalda que fuentes extragalácticas (es decir, fuera de nuestra galaxia ) son el origen de estos rayos cósmicos de energía extremadamente alta (ver Rayos cósmicos de energía ultraalta ). [8] Sin embargo, aún no se sabe qué tipo de galaxias son responsables de la aceleración de estos rayos cósmicos de energía ultraalta. Esta cuestión sigue bajo investigación con la actualización AugerPrime del Observatorio Pierre Auger.
La colaboración Pierre Auger ha puesto a disposición (con fines de divulgación) el 1 por ciento de los eventos terrestres por debajo de 50 EeV (10 18 eV ). Los eventos de mayor energía requieren más análisis físicos y no se publican de esta manera. Los datos se pueden explorar en el sitio web de Public Event Display.
En octubre de 2021, una parte de los datos (10 por ciento) presentados en la Conferencia Internacional de Rayos Cósmicos de 2019 en Madison, EE. UU., están disponibles públicamente. [9]
Se realizó investigación y desarrollo sobre nuevas técnicas de detección y ( [ ¿ cuándo? ] a [ ¿cuándo? ] ) [ cita necesaria ] sobre posibles actualizaciones del observatorio, que incluyen:
AugerPrime es una importante mejora del Observatorio Pierre Auger en construcción desde 2019:
Todas estas mejoras tienen como objetivo aumentar la precisión de las mediciones del Observatorio Pierre Auger, en particular de la masa de las partículas primarias de rayos cósmicos.
Argentina emitió 100.000 sellos postales en honor al observatorio el 14 de julio de 2007. El sello muestra un tanque detector de superficie en primer plano, un edificio de detectores de fluorescencia al fondo y la expresión "10 20 eV " en letras grandes. [10] [11]
