El Observatorio de rayos gamma HAWC
High Altitude Water Cherenkov
HAWC, High Altitude Water Cherenkov, es un observatorio de rayos gamma
(γ) de gran apertura capaz de monitorear el cielo en el rango de energías de 100 GeV a 100 TeV
que estará en funcionamiento en México a partir de 2010.
Los rayos gamma que observará HAWC provienen de objetos
celestes con condiciones físicas extremas, en los que se producen partículas (o rayos
cósmicos) de las
más altas energías.
El observatorio Milagro ha demostrado que un detector con un amplio campo de visión
(2sr) funcionando casi el 100% del tiempo puede descubrir nuevas fuentes de rayos gamma
con energías entre 10 y 100 TeV.
El observatorio HAWC se basa en la experiencia y la tecnología
de Milagro para hacer una segunda generación de detectores Cherenkov de agua de alta sensibilidad.
Este detector único será capaz de monitorear de forma continua el cielo para fuentes
transitorias de fotones con energías entre 100 GeV y 100 TeV.
HAWC será construido por una colaboración de científicos de los EE.UU. y México.
El sitio de HAWC es Sierra Negra, Mexico, que está a una gran altura (4100m) situado cerca de
infraestructura existente y de instituciones colaboradoras. El observatorio HAWC utilizará la
tecnología de Cherenkov de
agua (empleada en Milagro) y muchos de los componentes de Milagro. La primera fase de HAWC puede
estar en funcionamiento rápidamente, superando la sensibilidad de Milagro dentro de dos años de la aparición
del financiamiento. Debido al aumento de altitud, la mayor área física, y el diseño optimizado, HAWC tendrá una
mejor resolución angular, mayor área efectiva, la disminución de la energía umbral de antecedentes y mejor rechazo.
Estas mejoras se traducirá en una sensibilidad de 10-15× (dependiendo de la fuente del espectro) mejor que la de
Milagro y se puede lograr sin ningún tipo de nueva tecnología, pero sólo una modesta mejora de la electrónica actual.
Hemos utilizado los datos existentes Milagro y simulaciones para comprobar estos cálculos.
HAWC permitirá el estudio de rayos γ de muy alta energía que son inalcanzables con el actual conjunto de instrumentos:
HAWC mapeará la emisión galáctica difusa de rayos gamma por encima de 1 TeV y, por tanto, medir el flujo de rayos cósmicos
y el espectro en toda la galaxia. Este mapa nos permitirá ver las regiones de fuerte emisión por encima de
lo esperado a partir de interacciones con la materia: la firma de rayos cósmicos aceleración.
HAWC con su mejor resolución angular y la energía además de mejorar el rechazo de fondo, descubrirá
la más alta energía de rayos gamma de fuentes de la Galaxia. Milagro ya ha observado los rayos gamma de
una fuente, MGROJ1908 +06, por encima de 100 TeV. La medición del espectro de alta energía del HAWC nos permitirá
determinar si estas fuentes son también fuentes de los rayos cósmicos galácticos.
HAWC llevará a cabo un mapeo imparcial del cielo con un umbral de detección de ~ 30 mCrab
en dos años, lo que permite el seguimiento de fuentes conocidas y el descubrimiento de nuevas
clases de fuentes de rayos gamma, tanto puntuales como difusas en TeV. HAWC, en un año, serán más sensibles
a energías por encima de ~ 6 TeV en todo su campo de visión que IACTs con 50 horas de observación en una fuente puntual.
Con la sensibilidad para detectar un flujo de 5 veces la del Cangrejo en sólo 10 minutos
a lo largo de todo el cielo, HAWC observará destellos AGN que no son observables por otros instrumentos,
incluidos los destellos huérfanos TeV. Observaciones Multi-longitud de onda de destellos AGN desde radio
hasta TeV probará el medio ambiente hasta dentro de unos cuantos cientos de UA del agujero negro súper-masivo
que limitan los modelos de producción de rayos gamma y la aceleración de partículas cargadas.
La sensibilidad a bajas energías del HAWC y continua operación son únicos y esenciales para medir
la pronta emisión de ráfagas de rayos gamma. HAWC puede detectar explosiones de rayos gamma (GRBs: Gamma Ray Bursts)
a z~1 si, como se predijo, su afluencia TeV es comparable a su afluencia KeV, mientras que para GRBs más cercanas
pueden ser detectadas afluencias mucho menores. Si GLAST ve un solo fotón GRB por encima de 100 GeV, HAWC verá cientos,
que revela el comportamiento de GRBs de alta energía y que nos permite analizar el mayor parte del factor de Lorentz y
el tamaño de los emisores de la región.
El Detector
HAWC volverá a utilizar el 900 8" Hamamatsu PMTs de Milagro, y desplegará cada PMT
en un tanque de agua de plástico comercial de 4,6 m de profundidad por 5,0 m de diámetro.
Los tanques se desplegará en un denso patrón que proporciona más del 75% de cobertura de
la zona instrumentada de 150m x 150m. Cada tanque contendrá un PMT de 8" mirando hacia arriba
anclado a la parte inferior. Cuando un rayo gamma de alta energía incide en la atmósfera de la Tierra,
una Cascada Electromagnética Extensa (EAS: Extensive Air Shower) es inducida.
Si la energía es lo suficientemente alta, las partículas secundarias puede llegar al detector HAWC
en un piso plano. La gama de tanques de agua son sensibles a estas partículas secundarias
mientras lleguen al suelo. Estas partículas secundarias iluminan el PMT con la luz Cherenkov
que producen. Cuando varios tanques observar la misma Cascada Electromagnética, es posible reconstruir la dirección del
rayo gamma primario que causó la Cascada Electromagnética.
Además de los rayos gamma que golpean la atmósfera, HAWC debe lidiar con un gran fondo de hadrones
inducidos por Casacadas producidas por rayos cósmicos. Estos eventos hadrónicos de fondo difieren de
los rayos gamma y nos permiten distinguir entre los dos tipos de eventos.
Cualitativamente hablando, las Cascadas Hadrónicas son mucho mayores, y puede tener localizada la deposición
de energía lejos del centro de la cascada. Los eventos de rayos gamma suelen ser suaves. Las dimensiones de los tanques
de HAWC han sido elegidos para maximizar nuestra capacidad de ver estas deposiciones locales,
al tiempo que se mantiene la capacidad de ver rayos gamma.
El rechazo de fondo del HAWC a las más altas energías (> 50 TeV) es más de un orden de magnitud
mejor que el del Milagro y permitirá un fondo casi libre de medición. Este rechazo de fondo, combinada
con la muy superior resolución de energía y resolución angular del HAWC, nos permitirá hacer una medida
precisa de los rayos gamma de más alta energía vistos nunca.
