UABDivulga - Barcelona recerca i innovació

La Terra està permanentment exposada a una tempesta de raigs còsmics (CR) que ve de l'espai exterior. Algunes partícules tenen energies que corresponen a la d'una pilota de tennis que va a 90 km/h concentrades en un sol àtom! Aquestes energies estan més enllà̀ de l'abast actual i futur dels experiments d’acceleració́ de partícules a la Terra. Malgrat que la investigació́ sobre els CR es remunta a la primera meitat del segle passat, segueix faltant una imatge clara de com i on són accelerats.

MAGIC pertany a la classe de telescopis anomenada Imaging Atmospheric Cherenkov telescopes (IACTs), que detecten la llum emesa per les partícules carregades que es produeixen quan raigs gamma còsmics incideixen sobre l'atmosfera superior de la Terra. Encara que el seu origen es remunta a tan sols fa unes dècades, l'astronomia de raigs gamma còsmics des de terra ja ha demostrat ser una tècnica científica madura en el sondeig dels fenòmens no tèrmics de l'univers.

Els raigs còsmics d'origen no tèrmic es poden accelerar directament al lloc d'origen, per exemple, prop de la superfície d'un polsar de rotació́ rapida, o també poden obtenir la seva energia durant escales de temps cosmològiques mitjançant la interacció́ amb camps magnètics còsmics irregulars o amb fronts d'ones de xoc. En alguns casos, la potència combinada emesa a aquestes energies sobrepassa la potència total emesa en altres longituds d'ona i per aquest motiu aquest tipus d’astrofísica ha aconseguit una gran atenció́ els últims anys.

El disseny de MAGIC-I prové d'un prototip de concentració́ solar construït a Alemanya i modificat per adaptar-se a les demandes dels telescopis IACTs. Les diverses solucions de disseny es deuen a dos objectius: (i) assolir el llindar d'energia més baix i (ii) obtenir la reacció́ més ràpida a les alertes via satèl·lit d'explosions de raigs gamma que proporciona la Xarxa de Coordenades de raigs Gamma. El primer objectiu es va aconseguir mitjançant la construcció́ d’un mirall de 17 m de diàmetre, el més gran construït per un telescopi IACT a nivell mundial en aquell moment. Pel segon objectiu, es va construir l'estructura el més lleugera possible mitjançant l’ús d'una fibra de carboni de poc pes reforçada amb tubs de plàstic, amb una major rigidesa i molt més lleugera que l’acer, l’opció típica en els IACT fins aquell moment. Això̀ va resultar en un total de 64 tones de pes en moviment que permeten el reposicionament ràpid del telescopi en uns 20 segons.


Gràfic: Distribució d'energia espectral de la Nebulosa del Cranc obtinguts amb els telescopis MAGIC, juntament amb els resultats dels anteriors experiments de raigs gamma.

La generació́ actual de IACTs encara no ha pogut respondre algunes de les preguntes fonamentals que motiven l'astronomia de raigs gamma: Quin és el mecanisme d’acceleració́ dels raigs còsmics? Com són els raigs gamma produïts? Aquestes preguntes poden ser contestades mirant les energies més baixes possibles amb aquesta tècnica. Per tant, els resultats de MAGIC estan íntimament relacionats amb la seva capacitat d'observar en aquest règim, en el que MAGIC ha estat l’únic ull de la Terra observant l'Univers durant gairebé́ una dècada.

La candela estàndard en l'astronomia de raigs gamma és un romanent de supernova anomenat Nebulosa del Cranc, la progenitora de la qual va explotar l'any 1054, gairebé mil anys enrere. Les característiques de MAGIC permeten d’estimar amb precisió́ el camp magnètic responsable de l’acceleració́ dels CR a la nebulosa. Al centre de la Nebulosa del Cranc hi ha un pulsar que rota ràpidament i que allibera un fort vent de radiació́. Per primera vegada a la història, MAGIC va veure l’emissió́ de raigs gamma d'energia polsants molt alta provinents del púlsar de la Nebulosa del Cranc. En el moment del descobriment, aquest resultat va excloure alguns dels models de pulsars més discutits.

El llindar de baixa energia també́ va ajudar a fer descobriments extragalàctics, com alguns nuclis galàctics actius, que emeten partícules i radiacions tremendament fortes des dels forats negres centrals supermassius i es propaguen per espai de milers d'anys-llum. El telescopi MAGIC va descobrir l’emissió́ de raigs gamma procedent de la galàxia PKS1222+21. Aquesta és la segona font de raigs gamma més llunyana mai detectada d’entre totes per les que podem mesurar la seva distancia amb precisió. L’observació́ es va realitzar el juny de 2010 mitjançant el sistema estèreo de MAGIC durant mitja hora. El flux d'energia mesurat per MAGIC va variar significativament durant aquests 30 minuts d’exposició́, duplicant-se el flux en un temps d'aproximadament 10 minuts.

Les institucions espanyoles van contribuir amb prop de 50 científics i van exercir un paper important en la construcció́ de MAGIC i la seva explotació́ científica. La Unitat de Física de les Radiacions del Departament de Física de la UAB va participar en MAGIC des de finals de 1998, amb Carme Baixeras com a responsable primer i Lluís Font a partir de 2009. El grup va dur a terme la monitorització́ atmosfèrica i actualment coordina el calibratge atmosfèric. També́ va coordinar el programa de cerca de la matèria fosca amb MAGIC i compta amb experts en objectes galàctics i física d’explosions de raigs gamma. El Campus UAB acull dues institucions que també́ participen en MAGIC: l'Institut de Física d'Altes Energies (IFAE) i l'Institut de Ciències de l'Espai (IEEC-CSIC). La col·laboració MAGIC ha publicat ja més de 80 articles en revistes tant prestigioses com Science (4 articles), Astrophysical Journal Letters i Astronomy & Astrophysics, entre d’altres.