Un telescopio en el fondo del mar para observar el universo m¨¢s rec¨®ndito

El fondo del mar no parece ser el mejor lugar para instalar un telescopio. Y, sin embargo, es el emplazamiento id¨®neo para estudiar algunas de las zonas m¨¢s rec¨®nditas del universo. Lugares de extraordinaria densidad o muy alejados en los que se producen algunos de los fen¨®menos m¨¢s violentos del cosmos (explosiones de rayos gamma, n¨²cleos de galaxias activas) escapan de los m¨¦todos de estudio convencionales y solo pueden ser analizados gracias a una tecnolog¨ªa que consiste en detectar neutrinos procedentes de lejanas galaxias para reconstruir los confines del espacio.

Los neutrinos son unas part¨ªculas que transmiten informaci¨®n muy valiosa, pero son muy escurridizos ya que apenas interaccionan con la materia. Por ello, los sensores capaces de detectar su rastro requieren de unas condiciones especiales que solo se dan en entornos de grandes vol¨²menes de hielo o agua. Un proyecto europeo con participaci¨®n espa?ola ha dise?ado el que ser¨¢ el mayor telescopio de neutrinos del mundo. El dispositivo -que funciona como una red de sensores- se comenzar¨¢ a instalar este a?o a m¨¢s de 2.500 metros de profundidad en distintos puntos del Mediterr¨¢neo.

Con una inversi¨®n prevista de 150 millones de euros, estar¨¢ a pleno rendimiento en 2020. Hace menos de dos a?os, un equipo similar (el IceCube), emplazado en el hielo de la Ant¨¢rtida consigui¨® identificar por primera vez neutrinos de origen c¨®smico de alta energ¨ªa. En el Mediterr¨¢neo, un proyecto de menor tama?o (Antares) lleva funcionando desde 2007 y ha servido de banco de pruebas del futuro KM3NeT (acr¨®nimo en ingl¨¦s de telescopio de neutrinos de un kil¨®metro c¨²bico, en referencia al volumen de agua que analizar¨¢). Un centenar de investigadores de las 40 instituciones que participan en esta iniciativa ¨Cprocedentes de 10 pa¨ªses- se reunieron recientemente en Valencia para preparar la puesta en marcha de este nuevo telescopio.

¡°El mensajero por excelencia de la informaci¨®n del universo es la luz [los fotones], sobre ella se basa la astronom¨ªa¡±, explica, Juan Jos¨¦ Hern¨¢ndez Rey, del Instituto de F¨ªsica Corpuscular (IFIC), un centro mixto del CSIC y la Universitat de Val¨¨ncia que lidera la participaci¨®n espa?ola. ¡°Ello incluye tanto la luz visible como todo el espectro electromagn¨¦tico, desde los infrarrojos hasta los rayos X o los gamma¡±, a?ade. Tambi¨¦n sirven para estudiar el espacio los rayos c¨®smicos que llegan a la tierra (protones y n¨²cleos at¨®micos).

Pero a alta energ¨ªa, los neutrinos tienen importantes ventajas sobre ellos: no son absorbidos por la materia intergal¨¢ctica, ni por la que rodea a las fuentes que los generan. Adem¨¢s, como no cuentan con carga el¨¦ctrica, sortean los campos magn¨¦ticos sin desviarse. Por ello, pueden atravesar zonas muy densas, cargadas de materia, y cruzar enormes distancias sin transformarse.

Estas propiedades hacen posible reconstruir fielmente la direcci¨®n de donde proceden a trav¨¦s de su trayectoria y obtener datos muy valiosos de su procedencia. Pero tambi¨¦n complican? extraordinariamente que se les pueda dar caza. Es muy dif¨ªcil que colisionen con la materia y as¨ª registrar su paso. En todo caso, a pesar de que se trata de un fen¨®meno muy infrecuente, a veces sucede.

En estos casos excepcionales, un neutrino interacciona con la materia, choca contra el n¨²cleo de un ¨¢tomo y surge otra part¨ªcula secundaria denominada mu¨®n. Esta part¨ªcula elemental genera una onda luminosa, una luz azulada denominada luz de Cherenkov. Se trata del mismo tipo de radiaci¨®n electromagn¨¦tica que se produce en las piscinas de las centrales nucleares que dan a estas instalaciones un tono casi fluorescente. Es un destello tenue y fugaz, casi imperceptible.

Este fen¨®meno solo es visible en el agua o el hielo. Al ser tan poco frecuente, cuantas mayores sean las cantidades de materia (en este caso, de agua) sometidas a observaci¨®n, m¨¢s f¨¢cil ser¨¢ cazar a los escas¨ªsimos neutrinos que generen la luz que revela su presencia.

Por ello se despliegan grandes redes de detectores dispuestos en l¨ªnea (una especie de collares con cuentas colgantes). El prototipo ya en marcha, Antares, est¨¢ situado a unos 40 kil¨®metros de las costas de Marsella y consta de 12 l¨ªneas que contienen un total de 1.000 sensores ultrarr¨¢pidos capaces de registrar estas se?ales luminosas. El objetivo del KM3NeT es emplear hasta 12.000 detectores capaces de vigilar simult¨¢neamente un kil¨®metro c¨²bico de agua en busca de que se produzca este peque?o destello. Para ello, se anclar¨¢n nuevos m¨®dulos frente a Sicilia, cerca de Catania, adem¨¢s de Marsella.

Para evitar la contaminaci¨®n de otras fuentes de luz o las interferencias de los rayos c¨®smicos que bombardean la superficie terrestre, los equipos se encuentran sumergidos a gran profundidad. A partir de algo m¨¢s de 700 metros -depende de la turbidez del agua- los rayos del sol ya no son perceptibles. Pero puede haber especies submarinas bioluminiscentes e incluso otras fuentes de radiaci¨®n, como el potasio 40, que es muy frecuente en toda la Tierra, capaces de enga?ar a los sensores. Para esquivar todo este ruido lum¨ªnico, los equipos se instalan entre los 2.000 y los 3.500 metros bajo la superficie del mar. Curiosamente, los neutrinos que se detectan son los que provienen de las ant¨ªpodas. Cruzan la masa de agua, las distintas capas de la Tierra, salen de nuevo al mar e interaccionan cerca del telescopio produciendo un mu¨®n, cuyo destello Cherenkov revelar¨¢ su presencia.

Frente al proyecto IceCube de la Ant¨¢rtida, Hern¨¢ndez Rey destaca que la iniciativa europea cuenta con varias ventajas. ¡°El agua ofrece mayor resoluci¨®n que el hielo¡±, indica. Pero adem¨¢s, ¡°al estar en el hemisferio norte podemos ver el centro de nuestra galaxia¡±, por lo que la iniciativa europea ¡°a¨²n siendo complementaria, es m¨¢s competitiva¡±. La primera fase debe estar acabada a finales del a?o que viene: se desplegar¨¢n 30 l¨ªneas con 2.500 detectores de los 12.000 previstos.