USerena instala en Atacama prototipo para el primer observatorio SWGO de rayos Gamma del hemisferio sur

En San Pedro de Atacama, a 2.700 metros sobre el nivel del mar, se instaló un estanque de prueba que será clave para evaluar las condiciones que posteriormente permitirán instalar en plena cordillera de Los Andes más de 3 mil estanques que conformarán el primer observatorio de rayos gamma del hemisferio sur y que será instalado en Chile gracias a una colaboración científica internacional. 

Estos estanques funcionan como los pixeles en una cámara, por lo que mediante ellos se podrá caracterizar la lluvia de partículas cargadas, entre las que se tiene a los protones, electrones, piones, kaones, muones, entre otras, y que producen luz que nos está irradiando desde el espacio todo el tiempo. Así se podrá obtener la reacción de estas partículas al llegar a la tierra.

El Parque Astronómico de Atacama en Chile, ubicado a una altitud de 4.770 metros sobre el nivel del mar, será el escenario donde se instalará el Observatorio de Rayos Gamma de Campo Amplio del Sur (Southern Wide-field Gamma-ray Observatory, SWGO), el primero en su clase en el hemisferio sur, que ofrecerá un gran potencial para el mapeo de emisiones a gran escala, entre otras cosas, y la Universidad de La Serena tiene un papel crucial en ello.

Según Orlando Soto, académico del Departamento de Física de la Universidad de La Serena, quien es ingeniero Civil Electrónico y Doctor en Física, dicha casa de estudios tiene un rol clave desde el origen de la iniciativa de colaboración internacional que va a permitir instalar el primer observatorio de rayos gamma del hemisferio sur en nuestro país, ya que en 2022 investigadores de la USerena ganaron un proyecto ANID “mediante el que construiremos un estanque de 3x6 metros de diámetro y 4 metros de altura, basado en el Water Cherenkov Detector, que tendrá dentro de sí agua y un sensor de fotones, que se utilizará como modelo para los 3 mil estanques que operarán para el SWGO que se instalará en Chile”.

Este financiamiento se obtuvo a través del Fondo QUIMAL220008 de ANID para el Desarrollo de Instrumentación y Tecnologías para la Astronomía Nacional, por el Proyecto Study of Water Cherenkov Detectors in extreme weather conditons for the SWGO (Southern Wide-field Gamma-ray Observatory) candidate sites.

Ahondando en esto, el Dr. Soto explicó que “uno de los grandes desafíos de este proyecto, fue el armado de este primer estanque con su consiguiente sensor, a 2.400 metros de altura, en San Pedro de Atacama, y luego deberemos hacerlo a 4.800 metros, que es donde se instalará el observatorio, lo que requiere de una gran logística”. Esto con el fin de testear “cómo se comportará este estanque ante las inclemencias del clima extremo de la cordillera, es decir, vientos muy fuertes y temperaturas muy bajas”, agregó.

En el ensamblaje de este estanque trabaja un equipo conformado solo por integrantes de la Userena: además del académico Orlando Soto; participa Pablo Ulloa, académico del Departamento de Física, quien es ingeniero Civil Electrónico y Doctor en Física; Alexander Alfonso, académico del Departamento de Ingeniería Civil Mecánica, Ingeniero Mecánico y Doctor en Ciencias de la Ingeniería; acompañados por la estudiante de Ingeniería Civil Mecánica de la Universidad de La Serena, Soledad Medina.

Cabe destacar que en el proyecto QUIMAL220008, que se viene ejecutando desde el 2023 y finalizará este 2025, también participan académicos e investigadores de la U. Federico de Santa María, U. Metropolitana de Ciencias de la Educación y la U. Finis Terrae, en distintos roles.

Sobre el aporte para que el grupo internacional que trabaja en el SWGO decidiera instalar el observatorio de rayos gama en Chile, Soto detalló que “además de la conectividad que ofrece nuestro país, por medio de sus carreteras, este proyecto fue un acierto, que influyó en cierta manera a que se eligiera a Chile como el lugar donde se instalará el SWGO, ya que muestra lo que somos capaces de hacer”.

¿Cómo funcionará?

En cuanto a la utilidad de estos estanques, para el futuro funcionamiento del SWGO, el Dr. Soto especificó que “se necesitarán 3 mil estanques para la operación total, de 30 a 40 metros cúbicos cada uno, los que incluso podrían ser de hasta 5x5 metros de diámetro”.

Y agregó que “funcionan como los pixeles en una cámara, por lo que mediante ellos se podrá caracterizar la lluvia de partículas cargadas, entre las que se tiene a los protones, electrones, piones, kaones, muones, entre otras, y que producen luz que nos está irradiando desde el espacio todo el tiempo. Así se podrá obtener la reacción de estas partículas al llegar”, puntualizó.

En línea con esto, el académico indicó que “la idea es hacer un mapeo de la llegada de estas partículas de rayos cósmicos o rayos gamma que es el que nos interesa para este proyecto, ya que se busca encontrar aceleradores de partículas cósmicas, con energías que no podemos alcanzar en la Tierra. Porque de los rayos cósmicos llegan partículas mucho más energéticas que las que se producen en el LHC (Large Hadron Collider, en español Gran Colisionador de Hadrones), que es el experimento más grande del mundo”.

“Así se podrá identificar las fuentes de estas partículas y estudiar ese mismo objeto cosmológico o también identificar estas fuentes, por lo que es una especie de cartografía cósmica”, argumentó.

Desafíos

Por su parte, profesor Alfonso, del Departamento de Ingeniería Civil Mecánica de USerena, relató que “tuvimos una primera experiencia de armado del estanque y nos dimos cuenta que necesitaremos un equipo de al menos seis personas para elevar el estanque, en esta segunda etapa aplicaremos esta experiencia en terreno, estando a 2400 metros de altura, lo que será una preparación física previa para armarlo a 4800 metros, que es la última etapa”.

Alfonso recalcó que “los principales desafíos que enfrentamos es armar el estanque con vientos de más de 100 kilómetros de altura, por lo que estamos calculando la integridad estructural para sostener el estanque, porque una vez que ya esté lleno de agua, no se va a mover. Lo otro, es que debemos introducir el prototipo donde están alojados los sensores dentro de la estructura”.

“El prototipo donde están los sensores cuando está abierto mide casi dos metros, pero el estanque tiene una rendija de medio metro, por lo que lo diseñamos de manera que pueda abrirse como una sombrilla cuando esté dentro de este”, finalizó.

Colaboración

Más de 90 instituciones de investigación de 16 países han firmado el acuerdo de colaboración internacional en I+D para un futuro observatorio de rayos gamma de amplio campo de visión en el hemisferio sur. La colaboración tiene como objetivo desarrollar, durante los próximos tres años, una propuesta detallada para la implementación de dicho observatorio, incluyendo la selección del emplazamiento y la tecnología.

Los países socios del Observatorio de Rayos Gamma de Amplio Campo de Visión del Sur (SWGO) son Alemania, Argentina, Brasil, Chile, China, Corea del Sur, Croacia, Estados Unidos, Francia, Italia, México, Países Bajos, Perú, Portugal, Reino Unido y República Checa, creando así una comunidad mundial en torno al proyecto. Además, cuenta con el apoyo de científicos de otros 10 países. En total, se estima que participan más de 320 investigadores.