As novas investigacións e o uso de tecnoloxías avanzadas permiten ampliar cada vez máis o noso coñecemento do Universo. Raios cósmicos, ondas gravitacionais e neutrinos convértense en ferramentas para que os científicos descubran novos obxectos astrofísicos. Neste ámbito enmárcase o proxecto HERON (Hybrid Elevated Radio Observatory for Neutrinos), no que un dos catro investigadores principais é Jaime Álvarez-Muñiz, investigador do Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE). HERON vai ser beneficiario dunha Synergy Grant de 14 millóns de euros.
O principal obxectivo do proxecto é detectar os neutrinos de enerxía ultra-alta, unhas das partículas máis esquivas e enerxéticas do cosmos. A vinculación de Álvarez-Muñiz con estas partículas remóntase a 1994, cando realizou a súa tese de doutoramento na Universidade de Santiago (USC) baixo a supervisión do profesor Enrique Zas.
Na década dos 80, investigadores soviéticos propuxeron o emprego de radiación electromagnética, concretamente ondas de radio semellantes ás das emisoras FM, para detectar neutrinos. “Era unha técnica pouco explorada, e non se sabía se funcionaría”, explica Álvarez-Muñiz. Así comezou a súa traxectoria científica, centrada na detección de neutrinos, un eido no que continúa a traballar.
HERON xorde da combinación de dous proxectos previos, GRAND e BEACON, iniciados hai unha década por investigadores de París e Penn State, respectivamente, ambos orientados á detección de neutrinos de moi alta enerxía. “Hai un ano e medio xurdiu a idea de combinar as dúas tecnoloxías de ondas de radio”, explica o investigador do IGFAE. Desta forma, tratan de deseñar un detector extremadamente sensible utilizando antenas de radio.
HERON ou como coñecer os recunchos do Universo
“Os neutrinos son ideais para facer astronomía”, explica Jaime Álvarez-Muñiz. Estes neutrinos apuntan directamente á súa fonte de orixe. É semellante a mirar unha estrela polo telescopio: a luz que chega permite ver a estrela. Cos neutrinos ocorre o mesmo.
A diferenza, explica o científico, é que a luz só procede da superficie dos obxectos, mentres que os neutrinos son partículas altamente penetrantes que poden chegar dende o interior destes. Isto permite aos investigadores localizar obxectos astrofísicos e estudar o seu funcionamento interno, algo que non se consegue só con outras formas de radiación, como os fotóns ou a radiación electromagnética.
Outro aspecto relevante é que os neutrinos poden percorrer enormes distancias, chegando ata os confíns do Universo. “Por iso é tan interesante detectalos”, engade o investigador. Ademais, os neutrinos de enerxía ultra-alta, un millón de veces superiores ás enerxías dos protóns nos aceleradores do CERN, abren unha nova fiestra de observación do cosmos. Permiten estudar fenómenos como fusións de estrelas de neutróns, explosións de raios gamma, buracos negros supermasivos e mesmo galaxias. “De súpeto, temos acceso a todos os obxectos super violentos e enerxéticos que poden emitir os neutrinos”, afirma Álvarez-Muñiz.
72 quilómetros de antenas de emisión
O proxecto HERON materializarase nunha rede de antenas de 72 quilómetros situada nunha zona de montaña da provincia arxentina de San Juan. A elección do lugar débese ao seu carácter desértico, con baixo ruído electromagnético provocado pola presenza humana. Ademais, precisa unha localización elevada con gran cantidade de terra, onde os neutrinos poidan interactuar e xerar sinais de radio.
“Toda esta rede de antenas monitoriza a procura de pulsos de radio producidos polos neutrinos”, explica Álvarez-Muñiz. A pesar de que a probabilidade de interacción é moi baixa, nunha área tan extensa como a de HERON aumentan as posibilidades de detección. Os sinais prodúcense cando os neutrinos atravesan tanxencialmente a terra, sendo capaces de penetrar medios densos, como a rocha típica das zonas montañosas, e rexistrarse finalmente nas antenas.
Pioneiro en sensibilidade na detección de neutrinos
A principal novidade que aporta o proxecto HERON é a súa sensibilidade. “Sería entre dez e vinte veces máis sensible que calquera outro proxecto dedicado á detección de neutrinos de moi alta enerxía”, explica o investigador do IGFAE. Estas estimacións derivan de sofisticadas simulacións. Ademais, o proxecto abrangue unha área moi ampla, con cobertura a un quilómetro de elevación e tamén en direccións laterais.
“Nunca se construíra antes no mundo unha rede de antenas distribuída a longo dunha liña como a nosa”, engade Álvarez-Muñiz. O deseño das antenas procede dos proxectos BEACON e GRAND, polo que o reto para o equipo de HERON consiste en mellorar o sistema e transportar todo o material necesario a unha montaña sen acceso por estrada. “É un lugar onde a instalación das antenas é bastante complicado”, comenta.
Con todo, Jaime Álvarez e o seu equipo contan coa colaboración de investigadores arxentinos da Comisión Nacional de Enerxía Atómica, con experiencia no desenvolvemento de grandes detectores de raios cósmicos, como o Observatorio Pierre Auger en Malargüe (Arxentina).
Unha rede de colaboración internacional
“A colaboración internacional é absolutamente fundamental nun proxecto desta escala”, sinala o científico da USC. Segundo Álvarez-Muñiz, é vital aproveitar a experiencia e as capacidades de investigadores de distintos países.
O persoal arxentino desempeña un papel clave na instalación do detector, mentres que os equipos de París e Penn State son fundamentais para o desenvolvemento e fabricación da rede de antenas. Ademais, un dos dous equipos de París experto en astrofísica determinará a que obxectos apuntar e en que momento. “O equipo de Santiago é esencial para toda a parte de simulación e interpretación dos datos“, engade. Grazas á información recollida, pódense reconstruír as propiedades dos neutrinos a partir das ondas de radio.
Con todo, as colaboracións non se limitan á distancia: está previsto que o equipo de HERON celebre reunións frecuentes incluso en Arxentina e participe na instalación do detector. “Non pode ser un esforzo dun só país, ten que ser unha sinerxía”, asegura o investigador do IGFAE.
Que significa acadar a ERC Synergy?
Das 712 propostas presentadas á bolsa Synergy Grant do Consello Europeo de Investigación (ERC, polas súas siglas en inglés), só 66 obtiveron financiamento. Entre as afortunadas atópase o proxecto HERON: “De súpeto, teño a sensación de que levo toda a vida preparándome para este momento”, comparte Jaime Álvarez-Muñiz.
Grazas a este apoio da Unión Europea, todo o que investigou sobre neutrinos dende 1994 poderá materializarse. “O mellor que lle pode pasar a un científico é poder observar un fenómeno que estudou durante toda a súa vida científica”, engade.
O investigador explica que o proceso de avaliación é especialmente esixente. Na primeira fase, o equipo presentou un resumo básico e outro máis detallado do proxecto. Na segunda fase, os catro investigadores principais de HERON participaron nunha entrevista presencial en Bruxelas, respondendo a preguntas durante 35 minutos ante un comité de quince ou dezaseis expertos.
Ao abeiro dos 14 millóns de euros de financiamento para este proxecto, Álvarez-Muñiz espera formar un grande equipo de investigadores posdoutorais e estudantes de doutoramento. “Requírese un equipo de aproximadamente trinta persoas traballando nos distintos aspectos do proxecto”, indica, aínda que a coordinación seguirá en mans dos catro investigadores.
A procura de raios cósmicos a través de neutrinos
A expectativa posta neste proxecto vai máis aló do habitual. Segundo Álvarez-Muñiz, o impacto científico inmediato de HERON será que, dende o momento en que se detecte o primeiro neutrino de moi alta enerxía procedente dunha fonte astrofísica, poderase identificar a orixe dos raios cósmicos.
“Os raios cósmicos son partículas cargadas que hoxe se detectan con frecuencia, pero non apuntan directamente a ningunha fonte“, explica, xa que se desvían ao atravesar campos magnéticos. Se o equipo de HERON logra identificar unha fonte que emite neutrinos, saberán que nesa mesma fonte se están xerando raios cósmicos. “Resolveremos un problema que existe dende os anos 60: por fin saberemos cales son as fontes dos raios cósmicos”, conclúe.
