Los rayos gamma ayudan a entender la formación del Universo

Una científica brasileña presentó durante la FAPESP Week New York sus estudios sobre los fenómenos de alta energía en sistemas astrofísicos y se refirió al CTA, que será el mayor observatorio de rayos gamma del mundo

Por Heitor Shimizu, desde Nueva York (EE.UU.)  |  Agência FAPESP – Tan sólo una pequeña parte del Universo está formada por la materia conocida, compuesta por átomos y moléculas. Más del 95% es energía oscura y materia oscura, acerca de las cuales poco se sabe. Pero en lo que depende de un grupo de científicos brasileños y de la nueva generación de instrumentos astronómicos, este conocimiento va a incrementarse. 

“De esta pequeña fracción de materia visible en el Universo, la mayor parte se encuentra en estado de plasma o, más específicamente, está compuesta por gas parcialmente ionizado permeado por campos magnéticos”, dijo Elisabete de Gouveia Dal Pino, docente en el Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas (IAG) de la Universidad de São Paulo (USP).

Gouveia Dal Pino disertó sobre “Los fenómenos en los plasmas astrofísicos de alta energía y la próxima generación de observatorios de rayos gamma” durante la FAPESP Week New York, realizada por la FAPESP junto a la City University of New York (CUNY) y el Wilson Center entre los pasados días 26 y 28 de noviembre en el Graduate Center de la CUNY. 

“Durante los últimos años se han realizado importantes avances en este campo, tanto con base en estudios multidimensionales magnetohidrodinámicos como mediante observaciones con detectores de rayos gamma de energía ultraelevada, localizados en el espacio y sobre la superficie terrestre”, dijo.

Los métodos magnetohidrodinámicos constituyen una herramienta poderosa para el estudio de fluidos conductores, como en el caso de los plasmas.

La investigadora se refirió a los recientes progresos en la investigación de plasmas y de fenómenos de alta energía en sistemas astrofísicos mediante la utilización de computación de alto rendimiento. Los estudios se enfocan en procesos físicos tales como la aceleración de partículas y la radiación no térmica en los alrededores de fuentes de agujeros negros, por ejemplo. 

Gouveia Dal Pino coordina un proyecto que cuenta con el apoyo de la FAPESP, y que ha permitido avanzar en el conocimiento referente a los plasmas astrofísicos. Uno de los destacados de esta investigación viene siendo el estudio de la aceleración de rayos cósmicos en regiones de reconexión magnética (lea más en portugués, en: agencia.fapesp.br/16720). 

En el Departamento de Astronomía del IAG-USP, el grupo de Gouveia Dal Pino estudia la dinámica de los gases y fenómenos de alta energía en una amplia variedad de sistemas astrofísicos, del Sol a cúmulos de galaxias, empleando fundamentalmente métodos magnetohidrodinámicos.

“En nuestros estudios utilizamos algoritmos numéricos sofisticados, con utilización de computación de alto rendimiento, para la realización de simulaciones numéricas multidimensionales de fuentes astrofísicas y medios difusos: de discos de acreción y chorros supersónicos de agujeros negros, por ejemplo, e incluso de microcuásares, núcleos de galaxias activas y brotes de rayos gamma, y también de objetos estelares jóvenes”, dijo. 

“Investigamos también la aceleración y la propagación de los rayos cósmicos y los vientos estelares y galácticos, el papel de la turbulencia y de los campos magnéticos en la formación de estrellas, el origen de los campos magnéticos cósmicos y la astrofísica de los rayos gamma”, dijo Gouveia Dal Pino, quien integra el comité de Astrofísica de Altas Energías de la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada. 

Los rayos gamma están compuestos por radiación electromagnética de altísima frecuencia, producida por partículas relativistas  (rayos cósmicos) que interactúan con campos magnéticos, fotones de más baja frecuencia o partículas de gas de menor energía. Este tipo de radiación sumamente energética en general es producida en procesos astrofísicos de gran violencia. 

Para expandir el conocimiento sobre la radiación gamma, se encuentra en marcha la construcción del Cherenkov Telescope Array (CTA), que será el mayor observatorio de rayos gamma del mundo, con un conjunto de 120 telescopios de tipo Cherenkov, capaces de detectar la radiación de Cherenkov producida cuando un rayo gamma proveniente del espacio incide sobre la atmósfera de la Tierra en cascadas de pares de electrones y positrones. El CTA será 10 veces más sensible que los mejores detectores de rayos gamma actuales en los rangos de energías de TeV (10¹⁵ eV) o centenas de TeV. 

“El CTA permitirá conocer en forma inédita el Universo no térmico y de alta energía, con aportes importantes a la cosmología, especialmente con relación al origen de la materia oscura, a la astrofísica, en particular a la de astropartículas, y con respecto a los fenómenos de plasma”, dijo Gouveia Dal Pino. 

La FAPESP apoya la participación de científicos brasileños en el proyecto en el marco del Proyecto Temático intitulado “Estudio de fenómenos de altas energías y plasmas astrofísicos. Teoría, simulaciones numéricas, observaciones y desarrollo de instrumentación para el Cherenkov Telescope Array (CTA)”, bajo la coordinación de Gouveia Dal Pino. 

“Actualmente estamos participando directamente en la construcción del ASTRI, en asociación con instituciones de Italia y de Sudáfrica. Se trata de un conjunto de nueve telescopios Cherenkov con espejos de 4,3 metros de diámetro que será el precursor del CTA”, dijo Gouveia Dal Pino. 

El grupo de Gouveia Dal Pino en el IAG-USP está a cargo de la construcción de tres de los nueve telescopios del ASTRI.

Lea más sobre el CTA en el siguiente enlace: agencia.fapesp.br/25624. 

Y vea el programa Ciencia Abierta sobre el origen del Universo, con Elisabete de Gouveia Dal Pino, João Steiner y Carola Dobrigkeit Chinellato, en: www.fapesp.br/ciencia-aberta/origem-do-universo-em-debate-no-programa-ciencia-aberta/14.

Sepa más sobre la FAPESP Week New York en: www.fapesp.br/week2018/newyork.