RAYOS COSMICOS

Autor: LÓPEZ MOYA MARCOS.
Año: 2006.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID.
Centro de lectura: FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS.
Centro de realización: FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS, UNIV. COMPLUTENSE DE MADRID.

Resumen: Durante los últimos años, la Astronomía gamma de muy alta energía está experimentado un rápido desarrollo gracias a la puesta en marcha de una nueva generación de telescopios Cherenkov. Estos telescopios no "ven" directamente la fuente bajo observación, sino que detectan la luz Cherenkov emitida en la cascada de partículas que se produce al entrar los rayos gamma en la atmósfera terrestre. Esta técnica solventa el problema de la opacidad de la tierra a los rayos gamma, y con ella se ha conseguido encontrar numerosas fuentes de rayos gammas de alta energía, entre las que encontramos por ejemplo remanentes de supernovas, galaxias de núcleo activo y microcuásares. De entre los nuevos telescopios puestos en marcha recientemente, destaca el telescopio MAGIC, que con su 17 m de diámetro es el mayor telescopio Cherenkov construido hasta la fecha. MAGIC está situado en el observatorio astrofísico del Roque de Los Muchachos, en la isla de La Palma, participando en el proyecto más de 150 científicos de 18 centros de investigación y universidades internacionales. La tesis comienza el estado actual de la astronomía gamma, describiendo los tipos de fuentes, así como los mecanismos de emisión. A continuación se explica la técnica que permite detectar desde tierra la emisión gamma de estas fuentes. Para ello, se describe la física de las cascadas atmosféricas, haciendo especial hincapié en las diferencias entre las iniciadas por rayos gamma de las creadas por el enorme fondo de rayos cósmicos. Tras describir el telescopio MAGIC, destacando principalmente las novedades técnicas que incorpora, se explica con detalle la cadena de análisis implementada para el análisis de los primeros datos tomados por el telescopio. Se presta especial importancia a las nuevas técnicas empleadas para separar la señal gamma del fondo hadrónico, especialmente a bajas energías, y en el método para estimar la energía de los rayos gammas se originaron las cascadas detectadas. Estas técnicas son a continuación empleadas en el análisis y estudio de la nebulosa del Cangrejo. Los resultados obtenidos muestran una curvatura del espectro es esta fuente a energías cercanas a 100 GeV, indicando que su emisión a estas energías se origina como resultado a la dispersión Compton inversa de fotones sincrotón con electrones de la nebulosa. La segunda parte de la tesis concierne a la búsqueda de pulsares de rayos gamma con MAGIC. Los pulsares siempre han sido uno de los objetivos principales de la astronomía gamma, aunque aún no se han conseguido detectar nunca desde tierra con telescopios Cherenkov. La razón se debe a que la emisión de estas fuentes parece decaer muy bruscamente a energías de unas pocas decenas de GeV, si bien se desconocen los detalles de este fenómeno por la falta de observaciones en este rango de energías. Se requiere un telescopio con un bajo umbral de observación como MAGIC, para poder averiguar el mecanismo responsable de la producción de rayos gamma en la magnetosfera de las estrellas de neutrones. Con tal propósito, comenzamos en primer lugar estudiando la señal esperada de pulares a energías de GeV según modelos teóricos actuales, para lo que hemos desarrollado un programa que simula los principales procesos físicos que tienen lugar en las cercanías de las estrellas de neutrones. Este código nos permite predecir en función de los parámetros del pulsar, tales como su periodo de rotación y campo magnético, el espectro y la curva de luz esperadas. A continuación, y en base tanto a las expectativas teóricas como a las observaciones a menores energías realizadas por el satélite EGRET, se investiga la capacidad de MAGIC para la detección de pulsares, concluyendo con un catálogo con los mejores candidatos a ser observados. Por último, y tras haber descrito las técnicas a emplear para la búsqueda de la emisión gamma del pulsar del Cangrejo entre los datos tomados por MAGIC. En el anális 8 is reali 42c zado no se ha encontrado evidencia de tal emisión, habiéndose obtenido por tanto límites superiores que restringen los posibles mecanismos de emisión. Entre uno de los resultados del trabajo desarrollado, está el haber comprobado la viabilidad de extender la astronomía con telescopios Cherenkov hasta energías inferiores a 100 GeV. Las futuras mejoras técnicas que incorporará MAGIC, y sobre todo la construcción de un segundo telescopio que operará junto a la actual en modo estereoscópico, permitirán bajar aún más en umbral de detección de los telescopios Cherenkov, consolidándolos como un complemento básico a las observaciones realizadas desde el espacio.