Un telescopi al fons del mar per observar l¡¯univers m¨¦s rec¨°ndit

El fons del mar no sembla que sigui el millor lloc per instal¡¤lar-hi un telescopi. I, no obstant aix¨°, ¨¦s l'empla?ament idoni per estudiar algunes de les zones m¨¦s rec¨°ndites de l'univers. Indrets d'una densitat extraordin¨¤ria o molt allunyats en qu¨¨ es produeixen alguns dels fen¨°mens m¨¦s violents del cosmos (explosions de rajos gamma, nuclis de gal¨¤xies actives), que s'escapen dels m¨¨todes d'estudi convencionals i nom¨¦s es poden analitzar gr¨¤cies a una tecnologia que consisteix a detectar neutrins procedents de gal¨¤xies llunyanes per reconstruir els confinis de l'espai.

Els neutrins s¨®n unes part¨ªcules que transmeten informaci¨® molt valuosa, per¨° s¨®n molt dif¨ªcils de localitzar, ja que gaireb¨¦ no interaccionen amb la mat¨¨ria. Per aix¨°, els sensors capa?os de detectar-ne el rastre requereixen d'unes condicions especials que nom¨¦s es donen en entorns amb grans volums de gel o aigua. Un projecte europeu amb participaci¨® espanyola ha dissenyat el que ser¨¤ el principal telescopi de neutrins del m¨®n. El dispositiu ¨Cque funciona com una xarxa de sensors¨C es comen?ar¨¤ a instal¡¤lar aquest any a m¨¦s de 2.500 metres de profunditat en diferents punts del Mediterrani.

Amb una inversi¨® prevista de 150 milions d'euros, funcionar¨¤ a ple rendiment el 2020. Fa menys de dos anys, un equip similar (IceCube), situat al gel de l'Ant¨¤rtida, va aconseguir identificar per primera vegada neutrins d'origen c¨°smic d'alta energia. Al Mediterrani, un projecte de menys dimensions (Antares) funciona des del 2007 i ha servit de banc de proves del futur KM3NeT (acr¨°nim en angl¨¨s de telescopi de neutrins d'un quil¨°metre c¨²bic, en refer¨¨ncia al volum d'aigua que analitzar¨¤). Un centenar d'investigadors de les 40 institucions que participen en aquesta iniciativa ¨Cprocedents de 10 pa?sos¨C es van reunir fa poc a Val¨¨ncia per preparar l'engegada d'aquest nou telescopi.

¡°El missatger per excel¡¤l¨¨ncia de la informaci¨® de l'univers ¨¦s la llum [els fotons], en ella es basa l'astronomia¡±, explica Juan Jos¨¦ Hern¨¢ndez Rey, de l'Institut de F¨ªsica Corpuscular (IFIC), un centre mixt del CSIC i la Universitat de Val¨¨ncia que lidera la participaci¨® espanyola. ¡°Aix¨° inclou tant la llum visible com tot l'espectre electromagn¨¨tic, des dels infrarojos fins als rajos X o els gamma¡±, afegeix. Tamb¨¦ serveixen per estudiar l'espai els rajos c¨°smics que arriben a la terra (protons i nuclis at¨°mics).

Per¨° quan hi ha una alta energia, els neutrins tenen avantatges importants: no s¨®n absorbits per la mat¨¨ria intergal¨¤ctica, ni per la que envolta les fonts que els generen. A m¨¦s, com que no tenen c¨¤rrega el¨¨ctrica, esquiven els camps magn¨¨tics sense desviar-se. Per aix¨°, poden travessar zones molt denses, carregades de mat¨¨ria, i creuar grans dist¨¤ncies sense transformar-se.

Aquestes propietats fan possible reconstruir fidelment la direcci¨® d'on procedeixen a trav¨¦s de la seva traject¨°ria i obtenir dades molt valuoses de la seva proced¨¨ncia. Per¨° tamb¨¦ compliquen? extraordin¨¤riament que se'ls pugui ca?ar. ?s molt dif¨ªcil que col¡¤lisionin amb la mat¨¨ria i aix¨ª registrar el seu pas. En tot cas, tot i que es tracta d'un fenomen molt poc habitual, de vegades passa.

En aquests casos excepcionals, un neutr¨ª interacciona amb la mat¨¨ria, xoca contra el nucli d'un ¨¤tom i sorgeix una altra part¨ªcula secund¨¤ria anomenada mu¨®. Aquesta part¨ªcula elemental genera una ona lluminosa, una llum blava anomenada llum de Txerenkov. Es tracta del mateix tipus de radiaci¨® electromagn¨¨tica que es produeix a les piscines de les centrals nuclears que donen a aquestes instal¡¤lacions un to gaireb¨¦ fluorescent. ?s un centelleig t¨¨nue i fuga?, gaireb¨¦ imperceptible.

Aquest fenomen nom¨¦s ¨¦s visible a l'aigua o el gel. Com que ¨¦s tan poc freq¨¹ent, com m¨¦s altes siguin les quantitats de mat¨¨ria (en aquest cas, d'aigua) sotmeses a observaci¨®, m¨¦s f¨¤cil ser¨¤ ca?ar els escass¨ªssims neutrins que generin la llum que revela la seva pres¨¨ncia.

Per aix¨° es despleguen grans xarxes de detectors disposats en l¨ªnia. El prototip ja en marxa, Antares, est¨¤ situat a uns 40 quil¨°metres de les costes de Marsella i consta de 12 l¨ªnies que contenen un total de 1.000 sensors ultrar¨¤pids capa?os de registrar aquests senyals lluminosos. L'objectiu del KM3NeT ¨¦s emprar fins a 12.000 detectors capa?os de vigilar simult¨¤niament un quil¨°metre c¨²bic d'aigua buscant que es produeixi aquest petit espurneig. Per aix¨°, s'ancoraran nous m¨°duls davant de Sic¨ªlia, prop de Cat¨¤nia, a m¨¦s de Marsella.

Per evitar la contaminaci¨® d'altres fonts de llum o les interfer¨¨ncies dels rajos c¨°smics que bombardegen la superf¨ªcie terrestre, els equips es troben submergits a gran profunditat. A partir d'una mica m¨¦s de 700 metres ¨Cdep¨¨n de la terbolesa de l'aigua¨C els rajos del sol ja no s¨®n perceptibles. Per¨° pot haver-hi esp¨¨cies submarines bioluminiscents i fins i tot altres fonts de radiaci¨®, com el potassi 40, que ¨¦s molt freq¨¹ent a tota la Terra, capaces d'enganyar els sensors. Per esquivar tot aquest soroll lum¨ªnic, els equips s'instal¡¤len entre els 2.000 i els 3.500 metres sota la superf¨ªcie del mar. Curiosament, els neutrins que es detecten s¨®n els que provenen de les ant¨ªpodes. Creuen la massa d'aigua, les diferents capes de la Terra, tornen a sortir al mar, interaccionen prop del telescopi i produeixen un mu¨®, i el centelleig far¨¤ que Txerenkov reveli la seva pres¨¨ncia.

Davant del projecte IceCube de l'Ant¨¤rtida, Hern¨¢ndez Rey destaca que la iniciativa europea t¨¦ diversos avantatges. ¡°L'aigua ofereix m¨¦s resoluci¨® que el gel¡±, indica. Per¨°, a m¨¦s, ¡°com que ¨¦s a l'hemisferi nord podem veure el centre de la nostra gal¨¤xia¡±, per la qual cosa la iniciativa europea ¡°tot i que ¨¦s complement¨¤ria, ¨¦s m¨¦s competitiva¡±. La primera fase ha d'estar acabada a finals de l'any que ve: es desplegaran 30 l¨ªnies amb 2.500 detectors dels 12.000 previstos.