La sombra de la Luna en rayos cósmicos

Por Daniel Marín, el 17 noviembre, 2011. Categoría(s): Astronomía • Física • Luna • sondasesp ✎ 20

Antes de nada, echa un vistazo a la siguiente imagen:

Vale, no parece gran cosa. Un manchón azul y poco más. Pero si te digo que ese círculo azul es la Luna, la cosa se pone un poco más interesante. Y lo realmente asombroso es que se trata de una imagen del cielo obtenida en rayos cósmicos por el telescopio de neutrinos IceCube, situado bajo el hielo de la Antártida.

Y no, no es un error. IceCube es el mayor telescopio de neutrinos del mundo, pero estas partículas atraviesan la materia como si ésta fuese transparente y por lo tanto son invisibles para los instrumentos. Por suerte, IceCube puede detectar algunos protones de los rayos cósmicos cuando se convierten en electrones, muones o tauones al colisionar con las moléculas de la atmósfera terrestre. Si estas partículas secundarias (leptones) poseen una velocidad mayor que la de la luz en un determinado medio (en este caso hielo), se produce una emisión de luz (radiación Cherenkov) que puede ser observada por los detectores de IceCube. En otras palabras, lo que vemos en la imagen es la sombra de la Luna frente al fondo de radiación de neutrinos celeste. Puesto que estos protones -y otros rayos cósmicos que generan muones al alcanzar la atmósfera terrestre- se generan a gran distancia del Sistema Solar, podemos apreciar claramente cómo nuestro satélite bloquea esta radiación de fondo.

Telescopio de neutrinos IceCube, enterrado en el hielo de la Antártida (IceCube).

¿Y para qué sirve todo esto? Pues la imagen, aparte de su obvia belleza, es fundamental a la hora de calibrar el sistema de detectores de IceCube, un telescopio que ha tardado siete años en construirse y que actualmente consiste en 86 detectores independientes o «cuerdas». Esta imagen ha sido obtenida a partir de dos años de datos obtenidos por el telescopio en la configuración de 40 y 59 cuerdas, respectivamente.

Cada vez que observamos el cielo con instrumentos diferentes descubrimos algo nuevo. En este caso, la sombra de nuestro satélite en el fondo de rayos cósmicos. Impresionante.

Referencias:



20 Comentarios

  1. ¿Cómo era aquello «he visto brillar rayos C en la Puerta de Tanhauser»?

    Me ha recordado también la imagen de Carl Sagan extasiado ante las maravillas recogidas por los telescopios y sondas espaciales. Seguro que estaría encantado de ver esta imagen. Muchas gracias.

  2. Fantastica imagen! Aunque segun entiendo es un ‘stack’ de todas las observaciones de dos an~os, la sensibilidad del instrumento tiene que ser tremenda. Hay que pensar que los neutrinos atraviesan la luna mejor que cualquier cuchillo la mantequilla. Por lo que ver esa sombra no es trivial. Ademas una resolucion angular de 30′ de arco es tambien notable.

    Respecto del post anterior. Hay algunos que dicen que la posibilidad de que los neutrinos viajen mas rapido que la luz explicaria que no se haya detectado ninguno proviniente de GRBs.

    MV

  3. Perdona mi supina ignorancia Daniel pero que yo sepa no hay nada que supere la velocidad de la luz ni aunque la luz atraviese el hielo….Aclaramelo por que seguro que se me escapa algo.

  4. Cuando se dice que viajan mas rápido que la luz en el medio, se refieren específicamente a la velocidad de la luz en ese medio concreto. Nada supera c, la velocidad de la luz en el vacío, pero nada impide que algo viaje más rápido que la luz en un medio concreto si la velocidad de la luz en ese medio es menor que c. En el caso del hielo, creo recordar que la velocidad de la luz es del orden de 3/4 de c.

  5. y si algo penetra en un medio a más velocidad de lo que la luz viaja en ese medio se frena emitiendo la radiacion Cerenkhov (ej: el color azulado del agua en las piscinas de los reactores nucleares)

  6. ¡Preciosa imagen!

    PD: Respecto a lo de superar a la luz o no en la vacío (nada que ver con Cherenkov), habrá que ver en que queda todo el lío montado con los neutrinos muónicos, ¿no? 🙂

  7. Llevo años leyendo sobre telescopios de neutrinos, enterrados en cavernas, minas de sal, en hielo … y es la primera vez que «veo» una imagen generada con algunos de ellos.

    En dos palabras im-presionante. Muchas gracias Daniel.

  8. Igual que Diego Márquez, es la primera vez que veo una imagen de un telescopio de neutrinos, increíble que la puedan generar porque se cuentan con los dedos de la mano los neutrinos que capturan, igual es posible enfocarlos a un objetivo, pensaba que solo generaban una gráfica lineal.

    Saludos

  9. Es fascinante. Una entrada muy interesante. Es la primera vez que veo algo así como una «imagen» de las observaciones de neutrinos (o más bien de la radiación Cherenkov derivada). No está mal el tiempo de integración: 2 años 😉

    Al hilo de esto ¿que tipos de observatorios de neutrinos hay?? (entendidos como detectores de neutrinos de origen cósmico, no de fuentes artificiales)Tengo entendido que aparte de los que usan fotodetectores para registrar los destellos, hay otros que emplean Tetracloroetileno (solo permitiría un registro estadístico, no espacial).

  10. Y no se si os habéis fijado en la última imagen-esquema del sistema: aparentemente los «strings» del IceCube Array están el hielo a una profundidad ¡¡¡ de 2.450 metros !!!

    Esto es compatible con las otras versiones «de piscina» de Tetracloroetileno, como dice Miguel, en la que la piscina la «enterraban» en el fondo de las mas profundas minas que fueron capaces de encontrar.

    Por otro lado quiero recordar que la «gran movida» que se montó con los neutrinos «hiperlumínicos» eran éstos emitidos desde el Sincrotón del CERN en Ginebra y detectados en un laboratorio subterráneo italiano a 750 kilómetros de distancia.

  11. Por qué han borrado mi comentario? En cualquier caso quería rectificar que cuando hablaba de «este blog» me refería a amazings, lo demás lo mantengo.
    Un saludo.

  12. Hola de nuevo. Respecto a 1) cómo podías saber antes de borrar mi comentario que me refería a amazings y no a este blog? y 2) No dije que estuviera en desacuerdo con nada si no que no estaba, a mi parecer, muy bien desarrollado el artículo. Por ejemplo:
    Dices que IceCube es un telescopio de neutrinos, pero que los neutrinos son transparetes a sus intrumentos (pues vaya super telescopio…)
    Dices que «IceCube puede detectar algunos protones de los rayos cósmicos cuando se convierten en electrones, muones o tauones al colisionar con las moléculas de la atmósfera terrestre.», y esto no es completamente correcto: Los rayos cósmicos cosisten básicamente en protones (alrededor de un 90%) sí, pero también en otros núcleos atómicos, que al interaccioar en la atmósfera producen una cascada de partículas secundarias, entre ellas muones, y neutrinos. Estos muones y neutrinos atmosféricos son los que pueden dejar una señal detectable en IceCube, y de hecho constituyen su fondo físico o, en otras palabras, ruido, ya que el principal objetivo de estos experimentos es la búsqueda de fuentes de neutrinos cósmicos. Como bien explicas, el principio de detección de estos experimentos se basa en la captación de la radiación de Cherenkov iducida por el paso de (principalmente) muones ultrarelativistas, por el detector. No mencionas que el el ladrillo fundamental que consituye IceCube son los DOMs, unidades que alojan los tubos fotomultiplicadores con los que se detecta la luz de Cherenkov. En cambio hablas de 86 detectores independientes o «cuerdas» que simplemente sostienen (cada una) 60 DOMs, o sensores ópticos como dice en el gráfico que incluyes en tu entrada.
    Luego añades que lo que se ve «es la sombra de la Luna frente al fondo de radiación de neutrinos celeste.» y es un poco confuso, porque en verdad lo que ocurre es lo que comentas después, que la luna bloquea parte de la radiación de rayos cósmicos.
    Este análisis es importante porque permite comprobar cuál es la resolución angular del telescopio, o cuan bien puede separar dos fuentes (AGNs, Binarias, magnetars,…) de neutrinos cósmicos muy próximas (si las hubiera). De hecho también se realiza en ANTARES (http://antares.in2p3.fr/), otro telescopio de neutrinos (más modesto) situado en el fondo del mar mediterráneo, a unos 40 km de la costa francesa de Tolón, pero que todavía no ha acumulado suficiente estadística para obtener una imagen como la que da pie a tú entrada. En cualquier caso, y ya que esté es un blog español, en mi opinión hubiese estado bien mencionar este otro experimento en el que participan dos centros de investigación españoles. Aunque esto es cuestión de gustos, claro.
    Y bueno, perdón por el rollazo, la verdad es que releyendo el artículo no me parece tan plano como en la primera lectura, aunque sí un poco confuso. Y también es cierto que me decidí a comentar en parte porque en Amazings leo cosas que no me gustan demasiado, aunque me parece un blog estupendo (tengo que decir que del tuyo no sea un seguidor tan asiduo). Además, yo tb tuve un blog científico hace unos cuantos años y al final lo abandoné… Así que mucho ánimo con Eureka!
    Saludos.

  13. Anónimo: pues haber empezado por ahí. Una crítica constructiva siempre es bienvenida, pero el primer comentario que dejaste no aportaba nada y por eso lo borré. Tienes razón en que el post es simple, pero es que no pretendía ser un análisis exhaustivo de IceCube, sino una pequeña reseña. Me alegro de que en una segunda lectura no te haya parecido tan malo 🙂

    Si dije que los instrumentos son invisibles a los neutrinos era para recalcar que esta «imagen» estaba basada en la radiación Cherenkov de muones procedentes de los protones de los rayos cósmicos y no de los neutrinos propiamente dichos, pero tienes toda la razón: tenía que haber sido más riguroso y menos confuso. Tampoco comenté nada de la interacción de los protones de los rayos cósmicos con el campo magnético terrestre, un efecto muy importante que hay que tener en cuenta.

    Obviamente, ya sé que lo que se ve no es la «sombra de la Luna» literalmente, pero te recuerdo que los que hablan en estos términos no soy yo, sino los autores del paper. De todas formas, te agradezco mucho tu extenso comentario.

    Si has tenido un blog científico, supongo que sabrás de primera mano lo difícil que es buscar tiempo para escribir en el mismo y lo fácil que es equivocarse. Gracias por los ánimos.

    Saludos.

  14. Muy buena explicacion y muy clara, pero aclaro algo: los neutrinos en este caso no juegan casi ningun rol. La sombra es de los rayos cosmicos (como bien decis, protones en su mayoria) que son absorbidos por la Luna.

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Por Daniel Marín, publicado el 17 noviembre, 2011
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