INTEGRAL, un sat¨¦lite europeo para detectar los fotones ¡®vampiro¡¯ de la astrof¨ªsica

Con un nombre tremendamente evocador para la ciencia ficci¨®n, los rayos gamma tienen una realidad, unas propiedades f¨ªsicas, que superan con creces lo imaginable. En el universo se producen en una diversidad de eventos extremos, de alta energ¨ªa, violentos y ef¨ªmeros. Extra?os.

La imaginaci¨®n de Bram Stoker en su Dr¨¢cula otorg¨® a los vampiros la propiedad de no reflejarse en los espejos. Los rayos gamma tampoco lo hacen. Tienen una longitud de onda tan peque?a, o tan corta, que directamente atraviesan el espacio que hay entre los ¨¢tomos de los espejos que normalmente utilizamos en los telescopios. Por ello hay que construir los detectores de tal manera que podamos medir los productos de la colisi¨®n de esos rayos de alta energ¨ªa con los electrones. Es como si no tuvi¨¦semos acceso a ver lo que ocurre en el primer golpe de la mesa de billar, pero s¨ª a ver las bolas que caen por los agujeros. Midiendo su direcci¨®n y velocidad reconstruimos el impacto original, o sea su localizaci¨®n y energ¨ªa.

As¨ª es como se han construido los detectores de rayos gamma que lleva a bordo el sat¨¦lite Europeo INTEGRAL (International Gamma-ray Astrophysics Laboratory). Cuando un fot¨®n de alta energ¨ªa choca con un electr¨®n de los cristales, construidos precisamente para que haya colisiones, o sea que est¨¢n muy apretados, mide la cascada de impactos con menor energ¨ªa.

Rayos gamma es el nombre que reciben las energ¨ªas m¨¢s altas de todo el espectro electromagn¨¦tico. Es l¨®gico, por tanto, que se produzcan como parte de los fen¨®menos m¨¢s catastr¨®ficos ah¨ª fuera, en el espacio exterior, aunque tambi¨¦n se producen en las tormentas, en las explosiones nucleares o en los procesos radiactivos. Para saber qu¨¦ ocurre, por ejemplo, en los procesos de aniquilaci¨®n de positrones en la galaxia, en una explosi¨®n de supernova, en la colisi¨®n de estrellas de neutrones o en las regiones que rodean a los agujeros negros, tenemos que mirar con detectores sensibles a energ¨ªas altas.

Esto es lo que hace el sat¨¦lite INTEGRAL, que acaba de cumplir 20 a?os en una ¨®rbita que en la actualidad, da tres vueltas a la Tierra en aproximadamente 8 d¨ªas. Cuatro impresionantes toneladas de sat¨¦lite que fueron puestas en el espacio por un cohete Prot¨®n de la Federaci¨®n Rusa, por encima de los cinturones de radiaci¨®n de Van Allen y cuya distancia m¨¢s cercana a la Tierra alcanz¨® los 2.000 kil¨®metros de altura en 2020, pero, como est¨¢ en una ¨®rbita exc¨¦ntrica, puede llegar a 150.000 km de nuestro planeta, casi a mitad de camino de la Luna.

Altas energ¨ªas: la fotos¨ªntesis depende de fotones con menos de 3 electrones-voltio (eV) o la producci¨®n de vitamina D utiliza 4 eV. El sat¨¦lite INTEGRAL es sensible a fotones entre 15.000 y 10 millones de eV

Y, ?para qu¨¦? Para poder entender la f¨ªsica, la naturaleza de fen¨®menos como los estallidos de rayos gamma (GRB) que son los eventos m¨¢s energ¨¦ticos de todo el universo despu¨¦s del Big Bang y que al estar concentrados en haces, pueden emitir en pocos segundos toda la energ¨ªa que emite una estrella como el Sol en toda su vida. Como el m¨¢s reciente ocurrido hace apenas un mes, GRB 221009A, el m¨¢s violento jam¨¢s detectado, que a pesar de haberse generado a la friolera de 2.000 millones de a?os luz de la Tierra, ocurri¨® tan ¡°cerca¡± en t¨¦rminos astron¨®micos, que se hizo sentir incluso en la parte alta de la atm¨®sfera.

Una de las capacidades de INTEGRAL es, de hecho, descubrir y localizar la posici¨®n de estas fuentes c¨®smicas de muy altas energ¨ªas. Adem¨¢s, lleva incorporado un peque?o telescopio ¨®ptico ¡°made in Spain¡± hecho en INTA y con investigador principal en el Centro de Astrobiolog¨ªa y que lleva dos d¨¦cadas obteniendo una imagen del cielo cada 1-2 minutos.

Como referencia de qu¨¦ tipo de energ¨ªa estamos hablando cuando decimos que son altas pongamos como ejemplo la fotos¨ªntesis, que depende de fotones con menos de 3 electrones-voltio (eV) o la producci¨®n de vitamina D que utiliza fotones que llevan unos 4 eV. Pues bien, INTEGRAL es sensible a fotones entre 15.000 eV y 10 millones de eV.

Tener ojos puestos en el cielo de altas energ¨ªas nos ense?a que ocurre en las binarias de rayos X (esas extra?as parejas compuestas por un agujero negro y una estrella que le dona material) o en los procesos radiactivos que se manifiestan en la explosi¨®n de supernovas. Pero quiz¨¢, lo m¨¢s espectacular haya sido la nueva ventana al conocimiento que se ha abierto con la detecci¨®n y localizaci¨®n del estallido corto de rayos gamma, la contrapartida electromagn¨¦tica de la fusi¨®n de dos estrellas de neutrones, asociado a la detecci¨®n de ondas gravitatorias GW170817.

El cielo parece tranquilo, pero si pudi¨¦ramos ver con nuestros ojos los rayos gamma ser¨ªa m¨¢s parecido a las luces de la verbena de un pueblo en verano o de una discoteca a altas horas de la madrugada

Los recortes econ¨®micos en el seno de la Agencia Espacial Europea (ESA) hacen que la continuidad de las operaciones de INTEGRAL a partir de 2023 est¨¦n en peligro. Sobre todo porque los eventos de altas energ¨ªas son adem¨¢s de impredecibles, muy variables y escasos. La extensi¨®n de las operaciones ser¨ªan fundamentales para complementar detecciones cuando los interfer¨®metros de ondas gravitatorias (LIGO, VIRGO, KAGRA) se pongan en marcha el a?o que viene. Con INTEGRAL quiz¨¢ podamos ver por primera vez la contrapartida electromagn¨¦tica de una estrella de neutrones y un agujero negro.

Si pudi¨¦ramos ver con nuestros ojos el cielo en rayos gamma ser¨ªa m¨¢s parecido a las luces de la verbena de un pueblo en verano o de una discoteca a altas horas de la madrugada: fogonazos brillantes de energ¨ªa que se encienden y se apagan por segundos, o rara vez minutos. Nada parecido a la serenidad de un cielo tranquilo, estrellado y aparentemente inmutable, que vemos con los sensores que tenemos en los ojos. Para no dejarnos enga?ar por esa aparente tranquilidad se construyen telescopios como INTEGRAL: los ojos europeos para contemplar el universo en rayos gamma.

Esperemos que Ia ESA decida que contin¨²e con los ojos bien abiertos cuando comiencen las nuevas operaciones de los detectores de ondas gravitatorias el pr¨®ximo a?o.

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de 1 ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La secci¨®n la integran Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez, investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa; Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiolog¨ªa.

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