¿Qué es el Observatorio Pierre Auger?

Es el Observatorio de rayos cósmicos más grande del mundo en el hemisferio sur, orientado al estudio de los rayos cósmicos ultra-energéticos y, recientemente, a explorar los efectos colaterales de las radiaciones cósmicas sobre en el clima terrestre y espacial.

Fue propuesto a principios de los 90 por Alan Watson y James Cronin (Nobel de Física, 1980), con el fin de dar respuesta a los enigmas sobre el origen y la naturaleza de estos fenómenos ultra energéticos. Está ubicado en Pampa Amarilla, Malargüe Argentina, cubre una extensión de más de 3000 Km2 y es operado por una colaboración de casi 500 investigadores, de 82 instituciones académicas provenientes de 16 países. La inversión para instalación del equipamiento inicial (1600 detectores de superficie y 4 telescopios de fluorescencia) superó los 53 millones de dólares y su operación anual (que se comparte entre las instituciones participantes) ronda los 1,6 millones de dólares.

Colombia, representada por la Universidad Industrial de Santander, participa como miembro asociado bajo la tutela de Brasil desde Noviembre 2014. Ser estado miembro asociado tutelado significa que Brasil se responsabiliza de cubrir los costos operativos en nombre de Colombia por un periodo de dos años. Típicamente, las contribuciones anuales a los costos de operación se establecen entre US$ 5.000,oo a US$6.000,oo por investigador (PhD), mientras los estudiantes que participan en los distintos grupos de trabajo no se contabilizan para esta contribución anual. Quizá lo más importante del Observatorio Pierre Auger es haber construido un ecosistema de equipamiento y soporte técnico para el estudio de la radiación cósmica único en el mundo. En ese inmenso polígono -de casi 70km de “diámetro” y una superficie de 3000 Km2- han surgido un conjunto de instrumentos que se complementan entre sí y permiten estudiar, como en ningún otro lugar del planeta, la radiación cósmica desde múltiples perspectivas.

Desde sus inicios el Observatorio contó con: 1600 detectores de superficie y cuatro telescopios de fluorescencia. Con los años este equipamiento se ha ido complementando con otros importantes detectores:

  • HEAT (por High Elevation Auger Telescopes) son telescopios de fluorescencia que pueden registrar las primeras etapas de las cascadas de partículas producidas por rayos cósmicos;
  • AERA (por Auger Engineering Radio Array) es un arreglo de antenas que miden radio-pulsos electromagnéticos (30 a 80 MHz);
  • AMIGA (por Auger Muons and Infill for the Ground Array) es un complemento de detectores de centelleo que permiten estudiar rayos cósmicos de baja energía y con ello hacer meteorología espacial.

Este conjunto de instrumentos se verá repotenciado por la nueva generación de detectores de superficie -AugerPrime- que aumentarán significativamente la capacidad del Observatorio.



¿Cuáles han sido los logros científicos del Observatorio?

Los logros científicos más impactantes del Observatorio se centran en la determinación del espectro de energía de los rayos cósmicos más energéticos jamás medidos y su posible asociación con los núcleos activos de galaxias -regiones centrales de ciertas galaxias que presentan una significativa emisión de energía por la supuesta presencia de un agujero negro supermasivo.

Igualmente se han establecido cotas para la existencia de variados fenómenos físicos, en particular para la detección de neutrinos que atraviesan grandes volúmenes de roca. Recientemente, el Observatorio Pierre Auger ha comenzado a interesarse en los efectos colaterales de los rayos cósmicos sobre el clima espacial y terrestre. En particular, la modulación de radiación cósmica de baja energía por la radiación solar y las variaciones del campo geomagnético producto de eyecciones de masa coronal provenientes del Sol. Este tipo de información es muy relevante para el desarrollo de blindaje y protocolos de protección radiofísica para las expediciones espaciales y tripulaciones de aviación comercial.

Igualmente, se ha iniciado una línea de investigación para estudiar la relación de la radiación cósmica con descargas eléctricas en varios niveles de la atmosfera terrestre. De este modo, se comienza a dilucidar una posible relación entre la meteorología espacial y la terrestre.Desde el punto de vista tecnológico, el observatorio ha realizado importantes contribuciones en instrumentación científica, desarrollando interfaces electrónicas para la detección rápida (nanosegundos) de eventos y esquemas de detección de la interacción cósmicas con diversos dispositivos (centelladores, detectores cherenkov, detectores de fluorescencia, detectores de variaciones de campo electromagnéticos, entre otros).Finalmente, Auger ha desarrollado una batería de algoritmos para el análisis de grandes volúmenes de datos y simulaciones detalladas de las interacciones de los rayos cósmicos con la atmosfera. Estas herramientas y resultados permiten a los distintos grupos de trabajo extraer la más variada información de los 1600 detectores de superficie, dispersos por los 3000Km2. Durante los casi 10 años de operación, estos logros se han visto reflejados en más de 500 publicaciones en revistas internacionales de altísimo impacto, las cuales han recibido más de 7000 citas . Un par de los artículos publicados se consideran como clásicos en Astropartículas (más de 500 citas por artículos) mientras que otra media docena se tienen por contribuciones famosas (entre 250 y 499 citas por artículo).



¿Por qué Colombia en el Observatorio Auger?

Porque la vinculación a un gran instrumento generará importantes impactos y significativas transformaciones -a corto y mediano plazo- en la organización, productividad e importancia internacional de nuestra actividad de investigación.

Veamos algunos de los impactos a corto plazo de esta vinculación:

  • Descubrimientos transcendentales. En Astronomía y Astrofísica son indispensables los grandes telescopios para realizar las observaciones del cielo y los fenómenos que allí acontecen. Los observatorios requieren sitios e instrumental idóneos, su construcción es lenta y el tiempo de su hegemonía puede no ser tan largo. Claramente, durante la construcción del observatorio los hallazgos científicos son nulos o muy pocos. Por consiguiente, vincularnos a un gran instrumento en operación -como los es el Observatorio Pierre Auger- significa incorporarnos de inmediato a la generación de nuevos conocimientos y participar en trascendentales descubrimientos. Como esos equipos son únicos y construidos a la medida de los objetivos científicos que quieren ser alcanzados, sus descubrimientos o corroboraciones son, naturalmente, de gran impacto. La vinculación de grandes instrumentos con importantes descubrimientos es cada vez más clara: la mitad de los 10 últimos premios Nobel en Física (2006, 2008, 2011, 2013 y 2015), han sido adjudicados a teorías comprobadas en grandes instrumentos o, a descubrimientos que emergieron a partir de sus mediciones. Por ello, la participación de Colombia en el Observatorio Pierre Auger, a través de un número significativo de instituciones, augura importantes contribuciones de la comunidad científica nacional al área de Astropartículas.
  • Redes de I+D+I. Muy pocos observatorios pueden ser construidos por una única institución y son escasos los financiados por un único país. Además, los grandes instrumentos son de creación colectiva: requieren ser diseñados, construidos y operados por grandes grupos de profesionales de muy alto nivel -científico, computistas e ingenieros de las más diversas ramas. Son el terreno de prueba de novedosos avances tecnológicos y se convierten en verdaderas joyas tecnológicas creadas, de manera única, para cumplir lo más eficientemente posible su misión científica. La Astronomía impulsa, de manera natural, importantes colaboraciones que hoy en día se traducen en redes internacionales para la transferencia y creación de conocimientos. Esas redes generan otras, estructurando un entramado virtuoso de producción y aplicación de conocimientos. La incorporación de México, a través de cuatro instituciones, al Observatorio Pierre Auger ha impulsado otras dos colaboraciones internacionales: HAWC (por High Altitude Water Cherenkov Detector Observatory) y LAGO (Latin America Giant Observatory). Es decir, crear un nicho de colaboración genera otros, multiplica las interacciones entre los científicos y favorece la búsqueda de nuevas fuentes internacionales de financiamiento para la investigación desarrollo e innovación.
    En el caso de Colombia ya nos hemos beneficiado indirectamente de Auger y ahora creemos que debemos participar como país, representado por varias instituciones académicas. Un grupo de entusiasta investigadores de Auger, inicio´ LAGO -donde Colombia participa desde el 2010- y las capacidades generadas por esta colaboración latinoamericana originaron MuTe (por Muon Telescope), un proyecto que busca estudiar volcanes colombianos activos, mediante la técnica de la muongrafía. MuTe esta´ financiado por Colciencias, con la participación de la Universidad Industrial de Santander, la Universidad de Nariño, la Universidad del Tolima y el Servicio Geológico Colombiano. Sin duda, las redes generan redes e impulsan un entramado internacional de colaboraciones científicas, que trasvasan conocimientos y experiencias para generar innovación.

  • Semillero de investigadores. Una masa crítica de científicos y tecnólogos creativos e innovadores florece y se perpetúa en estos ambientes de inmensa riqueza intelectual -infraestructura única y equipo humano de alta competencia- creando las condiciones ideales para el surgimiento de los semilleros de las nuevas generaciones de investigadores. En estos 10 años el Observatorio Pierre Auger ha generado casi 250 tesis doctorales en 50 de sus instituciones y casi un millar de maestría en todas instituciones miembros. Para Colombia significa abrir sus horizontes de formación de personal tanto en Física y Astrofísica, como en ingenierías. La formación de los estudiantes, expuestos a este ambiente innovador y de retos intelectuales trascendentales es, sin duda, una oportunidad para generar un número significativo de doctores en Ciencias e Ingenierías que están siendo requeridos por el país. Colombia ya ha podido experimentar estas ventajas a través de su participación en el Centro Europeo de Física Nuclear (CERN) de Ginebra Suiza, con la participación de la Universidad de los Andes en el experimento CMS y de la Universidad Antonio Nariño en el experimento ATLAS.
  • Visibilidad Internacional. Claramente, como el instrumento es único, los objetivos científicos del observatorio son ambiciosos y el equipo humano que lo conforma es de alta competencia, necesariamente sus resultados, sus descubrimientos serán trascendentales y tendrán un alto impacto en la comunidad científica. Esa ha sido la experiencia con la participación de Colombia en los experimentos del CERN y continuara´ reforzándose con la incorporación de Colombia de forma plena y como país a la colaboración Observatorio Pierre Auger. En los últimos 10 años Colombia ha registrado un incremento sustancial de artículos científicos en Astronomía y Astrofísica y la comunidad académica que la impulsa se muestra vital, productiva y alcanzando un muy buen impacto internacional. Quizá por esto la Unión Astronómica Internacional (IAU por sus siglas en inglés) ha impulsado la coordinación desde Colombia del Nodo Andino de Astronomía para el Desarrollo y la próxima conferencia latinoamericana de la IAU se realizará en Cartagena de Indias en Octubre de 2016.

Universidad Industrial de Santander

ESCUELA DE FISICA