La Ubicación

La isla de La Palma en las canarias ofrece una de las mejores ubi-caciones en el mundo para realizar observaciones astronómicas.

● El observatorio del Roque de los Muchachosdel Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC),La Palma, Las Islas Canarias, España

● Altitud 2200 a.s.l., 17.89°O, 28.76°N

La Colaboración● Una colaboración internacional formada por 14 institutos de

Alemania, Armenia, España, Italia, Polonia, Rusia, Ucrania, yUSA.

Banderas

(Impressum (senkrecht nach oben): Texto y Figuras: Norbert Magnussen, IFAE Barcelona; Diseño y Impresión: vmd Munich)

http: / /hegra1.mppmu.mpg.de

Física de Astropartículas

● la mayoría de los objetos astrofísicos (estrellas, galaxias,...) emiten radiación en una fracción importante del espectro electromagnético

● muchos objetos astrofísicos son gigantescos aceleradores de par-tículas (remanentes de supernova, núcleos activos de galaxias,...)los cuales pueden ser estudiados detectando partículas de altaenergía (neutrinos, protones,...) o bien radiación (desde radiohasta rayos-γ)

● muchos objetos astrofísicos son prácticamente invisibles (plane-tas, Materia Oscura,...) pero pueden ser detectados a través desus efectos gravitacionales (efectos de lente gravitatoria) odetectando los productos de decaimientos o anihilaciones(rayos-γ o antiprotones...)

Para entender las piezas que forman nuestro Universo esnecesario la utilización de muchos instrumentos de caráctercomplementario. MAGIC tiene acuerdos con otras colabora-ciones para la toma de conjunta de datos.

Astronomía con múltiples longitudes de onda

La radiación utilizada para estudiar los objetos astrofísicos y los procesos físicos en el universo va desde longitudes de onda muy grandes, ondas de radio (λ = 100 m), hasta longitudes de onda extre-madamente cortas, rayos-γ (λ = 10-20 m). La atmósfera de la tierra es opaca en diferente grado para la mayoría de esta radiación. Estohace necesario utilizar detectores situados en globos o satélites paracubrir ciertas partes de este espectro. Para las energías más altas losdetectores situados en la superficie de la tierra son los más indicados.

Astronomía de rayos-γ de alta energía:Los rayos-γ de mayorenergía son capacesde producir extensas cascadas de formacilíndrica en la atmós-fera. Las partículas producidas en estascascadas emiten destellos de luzCherenkov de pocasbillonésimas desegundo de duración.Estos destellos puedenser ‘fotografiados’ conlos telescopiosCherenkov. El procesamiento deestas ‘imágenes’ utiliz-ando ordenadorespuede suprimir elfondo compuesto porRayos Cósmicoshadrónicos.

El Telescopio MAGIC

Major AtmosphericGamma-ray ImagingCherenkov Telescope

Astronomía de Rayos Gamma(γ) con unaenergía de hasta =100 TeV incluyendo el rango de energías (10 GeV<Eγ<200 GeV)no cubierto por ninguno de los detectoresactuales

Un alto potencial para hacer descubrimientos en Astrofísica, Cosmología yFísica de Partículas

Intereses Científicos

● el Universo distante (primitivo)● Agujeros Negros súper masivos● origen de los Rayos Cósmicos● pulsares● origen de las Explosiones de Rayos Gamma (GRB)● naturaleza de la Materia Oscura

Para cubrir el último segmento del espectro electromagnético aún sin estudiar se ha estadodesarrollando desde 1995 este nuevo y únicodetector de una gran sensibilidad. Los primerosdatos serán tomados en el año 2001.

Mapa celeste para ondas deradio (408 Mhz)

Radio Óptico Rayos-gamma

Mapa celeste en el óptico Mapa celeste para rayos-g porencima de 100 MeV

Esquema de la opacidad del la atmósfera para radiación electromagnética de diferentes energías

Esquema del desarrollo de extensas cascadas producidas en la atmósfera

Espectro de los diferentes tipos de partículas que forman los rayos cósmicos (pesado por la energía elevadoa 2.75)

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Una imagen de como quedará el telescopio MAGIC rodeado por otros detectores astronómicos

Un flash sobre investigación reciente

La galaxia activa Markarian 421 fue la primera fuente extragaláctica derayos-γ de muy alta energía detectada en 1992. Se encuentra a una dis-tancia de 500 millones de años luz (z = 0.031). La región central emiteradiación en un extenso rango de energías. La energía emitida paradiferentes longitudes de onda tiene una gran variación con el tiempo yaún es más grande en el dominio de los rayos-X y los rayos-γ.Otra galaxia similar, Markarian 501 (z = 0.034), fue descubierta en1995. En 1997 mostró unas variaciónes espectaculares de su flujo pararayos-γ de muy alta energía, en tiempos del orden de dias(MJD 50525 = 18/03/97), y seguramente con un componente periódico.

Debido a la rápida variabilidad, la fuente de estos rayos g debería estar muy cerca del agujero negro.Los datos obtenidos en el futuro nos permitirán probar nuestros conocimientos sobre el espacio y el tiempo.

El espectro en rayos-g de Mkn 501 por encima de 1.5 TeV medida por la colaboración HEGRA en 1997

Flujo en energía por década en frecuencia de Mkn 421medido en diferentes momentos. Los datos en el rango deTeV fueron tomados por el telescopio Whipple

Imagen óptica de Mkn 421 (en el centro)

Imagen óptica de Mkn 501

El Proyecto MAGIC

● Los más modernos avances tecnológicos serán aplicados en variasfases para poder cubrir el rango aún no estudiado del espectroelectromagnético (10 GeV-200 GeV).

● Un telescopio Cherenkov de 17 m de diámetro (el primero de unconjunto de telescopios ya planeados) con una mecánica, óptica yelectrónica optimizadas permitirá alcanzar un valor umbral en laenergía inicialmente un factor 3 por debajo del resto de detectoresplaneados.

● El telescopio MAGIC será capaz de observar el universo distante(primitivo) donde existen la mayoría de las galaxias activas (e.g.quásares).

● En los telescopios Cherenkov al disminuir el umbral en la energíaconseguimos observar fuentes más distantes debido a la menorabsorción para rayos-γ de menor energía.

El desafío experimental

Fuentes

● en la actualidad sólo unas pocasfuentes han sido detectadas conenergías por encima de ~200 GeV;por el contrario, alrededor de 300fuentes han sido observadas en unrango de energías por debajo de 10 GeV.

Propagación

● probablemente la mayoría de las fuentes extragalácticas no sonvisibles a altas energías debido a la absorción que sufren los rayos-γal propagarse a través del fondo de origen cosmológico.

Deteción

● en el caso de losobjetos galácticosla sensibilidad delos detectoresactuales no essuficiente .

● es necesario un telescopio Cherenkov de una alta sensibilidad paraestudiar un rango en energías por encima de 10 GeV.

Fuentes de radiación-γRemanentes de Supernovas:Las estrellas muy masivas acaban su vidaen una explosión supernova enviando alespacio interestelar sus capas más exter-nas formadas por gas a gran tempera-tura. La colisión de este gas con el mediointerestelar forma ondas de choquedonde las partículas pueden ser acelera-das hastamuy altasenergías.

En la actualidad sólo ha sido firmementedemostrada la aceleración de electrones.Pero:¿Son los núcleos atómicos existentesen los rayos cósmicos acelerados en estasregiones? La respuesta a esta pregunta hasido perseguida por los astrofísicos desdesu planteamiento hace más de 60 años. La alta sensibilidad del telescopio MAGIC será de gran importanciapara la resolución de este problema.

Núcleos Activos de Galaxias: En el universo joven muchas (¿todas?)galaxias pasaban por una fase de granactividad. Hoy en día se cree que grandescantidades de materia eran arrastradas,calentadas y engullidas por Agujeros Ne-gros Súper Masivos. En este proceso el

AgujeroNegro suelecrear doshaces dedireccionesopuestas formados por partículas relati-vistas. En estas estructuras pueden serproducidosrayos-γ cercadel AgujeroNegro quenos propor-

cionarán información de este proceso tanpoco conocido. El telescopio MAGICproporcionará datos de muy alta calidadnecesarios para la comprensión delcomportamiento de estos haces.

Fuentes de radiación-γExplosiones de Rayos Gamma: Alrededor de una vez al día losdetectores de rayos-γ situados en satélites detectan gigantescasexplosiones que parecen ocurrir principalmente en el universodistante y que duran desde segundos a horas en el dominio de losrayos-γ. Hoy en día se cree que un pequeño tanto por ciento de unamasa solar se transforma en radiación en estas explosiones. ¿Cuál essu origen? Se ha especulado con la existencia de hypernovas, explo-siones más energéticas aún que una supernova. El telescopio MAGICarrojará luz sobre este tema.

Pulsares: El producto final de una supernova es a menudo un objeto de carácter exótico situado en su núcleo. Este puede sertanto una estrella de neutrones como un agujero negro. Las estrel-las de neutrones son objetos tan densos como la materia nuclear, a menudo giran a una gran velocidad desarrollando intensos campos magnéticos. En este escenario las partículas pueden ser aceleradas hasta muy altas energías. ¿Cuál es la energía máximapara los rayos-γ generados en pulsares? Los cálculos actuales indicanque este máximo debe estar entre 10 GeV y 100 GeV, rango queserá explorado por el telescopio MAGIC.

Materia Oscura:La velocidad derotación de lasestrellas alrededordel centro de lasgalaxias muestraque las galaxiascontienen mucha

más materia que la visible en el espec-tro electromagnético. Hoy en día secree que la mayor parte de la materiadel Universo está formada por partículas que no existen en la tierra. La búsqueda de esta llamadaMateria Oscura no bariónica es unode los intereses más importantespara astrofísicos y físicos de partículas en este principio de siglo.Si existe, el telescopio MAGICpuede observar su presenciadetectando reacciones de anihilación en el centro de nuestragalaxia.

Tecnología usada en MAGIC

Estructura: Una estructura de 17 m de diá-metro construida con fibra de carbonotubular que será a la vez ligera y rígida.Esto permitirá al telescopio reposicionarserápidamente después de una alarma prove-niente del sistema de satélites que monitori-zan las explosiones de rayos gamma.

Por primera vez en γ-astronomía un sistemade control activo para los espejos permit-irá focalizar el

telescopio a unadistancia entre 5 Km. y 40 Km. ade-más de poder compensar pequeñasdeformaciones en la estructura.

Sistema de Espejos: Esta formadopor un conjunto de 1000 espejos de un tamaño aproximado de 50 cm x 50 cm. Cada espejo consistiráen un sándwich formando por unalámina de aluminio pulido con diamante, un sistema interno de calefacción para protegerlo contra la condensación y el hielo, y una estructura en forma de panel de abejas para darle rigidez.

La cámara de MAGIC: El desarrollo de nuevos fotosensores esuna parte importante del proyecto Magic. En una primera faseserán utilizados foto multiplicadores clásicos. Para la segunda fase

están siendo desarrollados fotomulti-plicadores híbridos que tienen una

alta eficiencia cuántica, esto permit-irá reducir el umbral en la energía

entre un factor 2 y 3. Estos fotomultiplicadores podrán ser utilizados en muchos otroscampos.

Para minimizar el peso dela cámara ha sido adoptaday optimizada la transfe-rencia de la señal analó-gica a través de fibraóptica.

El espectro del remanente de supernovaE0102-72 desde ondas de radio hastarayos-X

Mapa celeste de las explosiones de rayosgamma detectados por el detector BATSE

Imagen de ROSAT del rema-nente de supernova Puppis Ay su púlsar central

Dibujo esquemático del telescopio MAGIC

Curva de rotación de la galaxia NGC 6503

El remanente de supernova Cas A en eldominio de rayos-X (Chandra)

La galaxia activa NGC 4261 en el óptico yen el radio además de una foto de la

región central tomada por el Telescopioespacial Hubble

Modelo de la región central

Modelo de una hypernova

Modelo de un púlsar

Simulación de la distribución de estrellas asu-miendo que la materia oscura está presente en

estrellas de bajo brillo en comparación de losresultados del telescopio espacial Hubble Dibujo esquemático de un fotomultiplicador híbrido

Modelo del centro de una galaxia activa

El telescopio CT1 de la colaboración HEGRA

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