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Es uno de los tres tipos de telescopio que compondrá el Observatorio CTA (Cherenkov Telescope Array o Red de Telescopios Cherenkov), que estudiará el Universo a partir de los rayos gamma. En total son siete las entidades españolas que participan en el proyecto, cuya sede en el hemisferio norte podría construirse en España. El CIEMAT participa en CTA en varias áreas estratégicas del proyecto que abarcan desde el análisis de simulaciones para optimizar el funcionamiento global del observatorio, hasta el diseño de sistemas de la mecánica de las cámaras. La empresa Asturfeito ha participado en la construcción del primer prototipo de telescopio y varios grupos españoles contribuyen en el desarrollo del prototipo de la cámara.

El primer prototipo de uno de los telescopios que formarán el Observatorio CTA ha comenzado a funcionar en el laboratorio DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) de Alemania. Esto marca un hito en el desarrollo de este proyecto internacional que estudiará el Universo mediante los rayos gamma, un tipo de radiación procedente de procesos astrofísicos muy energéticos. En los próximos meses, este prototipo de uno de los tres tipos de telescopio previstos para CTA realizará pruebas de todas sus funciones para demostrar su viabilidad. El comienzo de la construcción está previsto en 2015.

Una ceremonia de inauguración celebrada en Berlín (Alemania) el 22 de mayo marcó el inicio del funcionamiento del primer prototipo de telescopio de CTA, que está instalado en las instalaciones del laboratorio DESY, organismo responsable de la coordinación del diseño y construcción de los telescopios de mediano tamaño (12 metros) de CTA, como el prototipo recientemente finalizado.

“Más de 1000 científicos e ingenieros de 27 países trabajan desde 2006 para construir el observatorio CTA”, manifiesta Manel Martínez, investigador del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) y portavoz de CTA. “El equipo de DESY liderado por Stefan Schlenstedt ha realizado un trabajo impresionante para preparar este prototipo y hacerlo operativo”. Una parte importante de la estructura del prototipo, el sistema que permite los movimientos en azimut y elevación, se ha construido en la empresa española Asturfeito.

La participación de los grupos de investigación españoles abarca diversas áreas del proyecto, entre las que se encuentran el desarrollo y construcción de   la electrónica de disparo y mecánica de las cámaras del prototipo inagurado.  De entre estas áreas, los grupos españoles se encuentran especialmente involucrados en el desarrollo y construcción de la mecánica y electrónica de los telescopios de 23 metros de diámetro, los de mayor tamaño en CTA.

España es el quinto país en CTA, con 72 miembros distribuidos en 7 instituciones: además del IFAE participan el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT); Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC); Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC-CSIC); Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB); Universidad Autónoma de Barcelona (UAB); y Universidad Complutense de Madrid (UCM). La participación española en CTA cuenta con el apoyo del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider-Ingenio 2010.

El objetivo científico de CTA, incluido en la lista ESFRI de infraestructuras científicas prioritarias, es estudiar el Universo a partir de la información que aportan los rayos gamma, un tipo de radiación muy energética, del orden de teraelectronvoltios. Cada segundo, miles de rayos cósmicos de muy alta energía atraviesan la atmósfera terrestre, creando una cascada de partículas que emite una tenue luz azul, llamada ‘luz de Cherenkov’, que es detectada por los telescopios de CTA.

El observatorio CTA estará formado por dos redes de telescopios Cherenkov, uno en el hemisferio sur (mayor, de 70-100 telescopios, y sensible a rayos gamma de mayor energía) y otra más pequeña en el hemisferio norte (20-30 telescopios), abarcando así todo el cielo. Uno de los lugares que se barajan para la instalación de la base en el hemisferio norte son las Islas Canarias, donde ya operan los telescopios de rayos gamma MAGIC. Cada base estará formada por tres tipos telescopios, desde los 25 hasta los 6 metros de diámetro, pasando por los de tamaño intermedio como el inaugurado en Alemania, lo que permite cubrir un amplio rango energético del espectro de los rayos cósmicos.

Los rayos gamma contienen valiosa información de los sucesos astrofísicos donde se produjeron, muy energéticos: supernovas, sistemas de estrellas binarios, púlsares o núcleos activos de galaxias. Uno de los mejores candidatos a ser observado por CTA es el agujero negro masivo más cercano que se conoce, el que alberga el centro de nuestra propia Galaxia, donde se producen rayos gamma de muy alta energía.

Los expertos calculan que CTA mejorará hasta un factor 10 la sensibilidad de los telescopios Cherenkov existentes en la actualidad, descubriendo en torno a 1000 nuevas fuentes astrofísicas con mayor precisión. Además de mejorar la comprensión de los mecanismos que generan la radiación gamma, CTA también pone sus ojos en la detección de la materia oscura, que compone más del 80% de la materia del Universo y aún no ha sido detectada experimentalmente.

El CIEMAT participa en CTA en varias áreas estratégicas del proyecto que abarcan desde el análisis de simulaciones para optimizar el funcionamiento global del observatorio, hasta el diseño de sistemas de la mecánica de las cámaras. Concretamente, las aportaciones más relevantes del CIEMAT son las siguientes: el análisis de simulaciones Monte-Carlo con el fin de optimizar  la óptica de los telescopios y su disposición en la red de cada uno de los emplazamientos de CTA; el desarrollo de un prototipo del software de la cadena de análisis de datos en tiempo real; el diseño, producción de prototipos y realización de pruebas de la electrónica de una de las alternativas del sistema de distribución de señales de disparo y reloj para las cámaras de los telescopios medianos y grandes; así como el diseño,  producción de prototipos y realización de pruebas de un ASIC (circuito integrado de aplicación específica, en ingles) con la funcionalidad del primer nivel de uno de los dos sistema de disparo para las cámara medianas y grandes; también el diseño y producción de prototipos de la mecánica de la cámara de los telescopios grandes; y, por último, el diseño del sistema de refrigeración de las cámaras de los telescopios medianos y grandes. Además, el CIEMAT co-coordina los grupo de trabajo de “Cameras Common Components” (elementos comunes en las cámaras) y “LST Camera” (cámaras de los telescopios grandes).

Fotografía 1. Imagen de las pruebas del prototipo de la electrónica de distribucion de señalesde disparo y reloj. Se muestran 7 tarjetas. Una cámara esta equipada con 265 de estas tarjetas.

Fotografía 2. Detalle del demostrador de la mecánica de la cámara de los telescopios grandes.

Fotografía 3. Simulador de un canal de tarjetas de lectura, equipado con 7 de ellas, para estudiar el rendimiento del sistema de refrigeracion por aire.

Fotografía 4. Esquema del concepto de CTA, donde se ven los tres tipos de telescopios.