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El astrofísico Werner Hofmann explicará en Madrid cómo los rayos gamma pueden resolver la naturaleza de materia oscura

El astrofísico Werner Hofmann del Instituto Max Planck de Física Nuclear (Alemania), explicará este martes, 22 de noviembre, en el ciclo de astrofísica y cosmología de la Fundación BBVA, en Madrid, cómo los rayos gamma pueden ayudar a resolver la naturaleza de la materia oscura y la estructura del espacio-tiempo. Además, hablará de la Red de Telescopios Cherenkov (CTA, por sus siglas inglés), uno de cuyos observatorios operará en el Observatorio Roque de los Muchachos de La Palma (Islas Canarias).
En este sentido, el científico ha explicado previamente a la conferencia que el CTA será diez veces más sensible que los instrumentos actuales, lo cual le permitirá "captar la aniquilación de partículas de materia oscura" e incluso detectar posibles anomalías en la velocidad de la luz que "implicarían una violación de las leyes de Einstein".
Desde la Fundación recuerdan que se han identificado varios cientos de objetos cósmicos que generan rayos gamma, el tipo de luz más energética que existe. Cuando esta radiación llega a la atmósfera, interactúa con los átomos de los gases presentes en ella y genera una cascada de partículas secundarias -electrones, positrones y más rayos gamma- que se desplazan tan rápido que superan la velocidad a la que viaja la luz en la atmósfera.
Esto hace que se produzca un fenómeno visual conocido como radiación Cherenkov, "un haz de luz de color azul semejante a los faros de un coche, que sigue la dirección de la cascada. Nuestros telescopios utilizan esta luz para sacar una imagen de ella y ver hacia qué dirección del cielo apunta", según ha explicado Hofmann.
De esta forma, siendo fenómenos que ocurren de forma muy rápida, para poder captarlos con precisión se necesitan áreas de detección muy amplias. Por este motivo, se ha diseñado la Red de Telescopios Cherenkov (CTA, por sus siglas en inglés) que se distribuirá en dos observatorios, uno en cada hemisferio terrestre.
Cada uno de ellos contará con varias decenas de telescopios de diferentes tamaños (23, 12 y 4 m de diámetro) desplegados en terrenos de varios kilómetros cuadrados. Estos observatorios detectarán rayos gamma de muy alta energía mejor que los telescopios espaciales actuales, como el célebre Fermi, que ha hecho varias contribuciones a este campo de la astronomía pero cuya área de detección es de tan solo un metro cuadrado.
EL OBSERVATORIO EN ESPAÑA
El observatorio del hemisferio norte estará situado en Roque de los Muchachos (La Palma). En 2015, se colocaba la primera piedra de uno de los telescopios de mayor tamaño, que servirá de prototipo para validar el funcionamiento de su diseño. En el hemisferio sur, CTA tendrá su sede en el Observatorio Europeo Austral de Paranal (Chile). Ambas localizaciones permitirán rastrear la totalidad del cielo y duplicarán la posibilidad de captar fenómenos infrecuentes, como explosiones de rayos gamma.
En el consorcio participan más de 1.200 miembros de 194 instituciones procedentes de 31 países. España está representada por la Universidad de Jaén, The Barcelona Institute of Science and Technology; CIEMAT, la Universitat de Barcelona, el Institut de Ciències de l'Espai (IEEC-CSIC), la Institució Catalana de Recerca I Estudis Avançats (ICREA), el Instituto de Astrofísica de Canarias, la Universidad Complutense de Madrid? y la Universitat Autònoma de Barcelona.
Previsiblemente, CTA comenzará a operar en 2021 y se mantendrá en activo durante 30 años, en los que se espera que arroje nueva luz sobre cuestiones científicas situadas en los límites del conocimiento: "Con CTA tendremos por primera vez remanentes de supernovas en la galaxia, lo que nos permitirá entender cómo se produce la aceleración de partículas en estos objetos", ha señalado Hofmann. CTA también permitirá profundizar en la naturaleza de ciertos objetos que parecen emitir únicamente radiación gamma, por lo que siguen siendo un enigma.
DOS RETOS DE LA COSMOLOGÍA
Asimismo, donde se espera que la red de telescopios Cherenkov juegue un papel fundamental es en dos de los principales retos de la cosmología y la física: la naturaleza de la materia oscura y la estructura del espacio-tiempo. Existe una fuente desconocida de rayos gamma en el corazón de nuestra Vía Láctea, y algunos investigadores sugieren que podrían estar originados por la aniquilación de partículas de la materia oscura allí concentrada.
"CTA será diez veces más sensible que los instrumentos actuales y podrá captar la aniquilación de partículas de materia oscura -en el caso de que se produzca en el rango energético más elevado, el de los Tera-Electronvoltios (TeV)- o bien nos permitirá descartar estos modelos", ha señalado el astrofísico.
En lo que atañe a la estructura del espacio-tiempo, CTA permitirá identificar cualquier anomalía en la velocidad de la luz. La Teoría de la Relatividad General propone un espacio-tiempo liso y uniforme, que hasta la fecha encaja con el comportamiento de la gravedad y del Universo a gran escala. Sin embargo, para intentar encajarla con la Mecánica Cuántica -que explica con eficacia el comportamiento de la materia a escala microscópica-, algunos modelos teóricos proponen que, a escalas muy pequeñas, el espacio-tiempo podría ser en realidad un tejido granuloso que afectaría a la velocidad a la que se mueven fotones con distintas energías.
"Aunque se trata de una hipótesis muy especulativa, cualquier detección semejante, que implicaría una violación de las leyes de Einstein, tendría un gran impacto y sería, sin duda, el hallazgo más destacado de CTA", ha concluido Hofmann.