El Observatorio de Rayos Gamma HAWC

High Altitude Water Cherenkov

El sitio HAWC se encuentra dentro del Parque Nacional Pico de Orizaba, un parque nacional mexicano que comprende el Citlaltepetl o Pico de Orizaba, la cima más alta de Mexico a 5610m, y Sierra Negra, a 4600m y 7 kilometros al SO del volcán Citlaltepetl. El Gran Telescopio Milimétrico (GTM) se ubica en la cima de Sierra Negra, y HAWC se encuentra en una meseta de 200m x 450m cerca de la silla, entre los dos picos. Las coordenadas geográficas exactas del sitio son de latitud 18º 59' 41" N, longitud 97º 18' 28", y una altitud de 4100 metros sobre el nivel del mar. La latitud del sitio Sierra Negra proporciona una excelente visibilidad de los objetos celestes: HAWC verá un 15% más de la esfera celeste en un campo de visión de 45° en comparación con Milagro. Al considerar un cono de 45º el ángulo sólido de estudio llega a 8.4sr, o 2 / 3 de todo el cielo. La nebulosa de Cangrejo culmina a 3º del cenit y será visible durante un poco más de 6 horas cada día; Cygnus llega a 20º de ángulo cenital, y el plano galáctico se cubrirá como para incluir más de una docena de fuentes VHE (Very High Energy) observados por HESS. Incluso el Centro Galáctico, a los 48 º del cenit, será observable en las más altas energías. La cobertura de HAWC tendrá un 90% de solapa con la de IceCube. La longitud de este sitio es también favorable, ya que su visibilidad tiene un buen solapamiento con los observatorios en los EE.UU., México y Chile, por lo que puede ser rápidamente alertado de cualquier actividad interesante y se pueden hacer observaciones simultáneas de los objetos en el campo de visión de HAWC.

Sitios altos con condiciones tolerables son escasos. El sitio se encuentra lo suficientemente cerca al ecuador como para tener condiciones climáticas tan favorables como podría esperarse para esa altitud. Las condiciones meteorológicas han sido controladas durante más de seis años en la cumbre de Sierra Negra, a 500 metros sobre el sitio de HAWC con una distancia horizontal de 1 km. La temperatura media (añadiendo el gradiente térmico de 6.5° para la medición a 4600m) se convierte en 4,3º C para el sitio, con temperaturas bajo cero sólo el 5% del tiempo (concretamente el 10% del tiempo durante el invierno). La congelación del agua en el interior del detector no será un problema. Las velocidades del viento son generalmente leves, con una media de 4 m / s para los datos registrados. Que se presenten vientos superiores a 10 m / s es raro. Sin embargo, el reciente paso del huracán Dean a unos 100 km al norte del sitio proveyó vientos de hasta 150 km / h, la mayor medida en los 6 años de seguimiento meteorológico. El Gran Telescopio Milimétrico ha sido diseñado para resistir vientos de hasta 250 km / h, lo que equivale a un huracán de categoría 5, que no se considera posible para un sitio de más de 4 kilometros de alto y 100 km hacia el interior.

Las coordenadas del observatorio HAWC son tentativamente definidas, con más de 200m de la libertad en aproximadamente la dirección EO, ya que la base Norte del Sierra Negra puede encajar un cuadrado de 200m x 200m en más de una localidad. En una incluso un mayor rectángulo de 450 m x 200 m se puede colocar entre dos contornos de los niveles topográficos de 20 m.

El sitio HAWC está localizado a casi 2 horas de Puebla, una ciudad de 2 millones de habitantes con un aeropuerto internacional relativamente pequeño actualmente en expansión. Puebla está a 2 horas por carretera desde la ciudad de Mexico, ya sea (a East) o el sitio HAWC (al Oeste). La mayor parte de la distancia entre Puebla y el sitio GTM HAWC está a través de la autopista Puebla-Veracruz, con los últimos 40 minutos en carreteras secundarias. Veracruz es un importante puerto internacional a de 2.5 horas en coche al lugar.

El proyecto GTM requiere una vía de acceso lo suficientemente amplia como para permitir el transporte de piezas de hasta 6 m de ancho. Electricidad e Internet se han instalado hasta la cima de la montaña. La carretera y la infraestructura tendrían que ser prolongadas 1 km hasta llegar al sitio HAWC sobre la mayoría de terreno plano.

El Gran Telescopio Milimétrico (GTM) es el proyecto científico más grande jamás realizada en Mexico ($ 120 Millones) y fue construido por una colaboración conjunta entre US / Mexico. El GTM es un telescopio de plato único de 50 metros para astronomía de ondas milimétricas, está situado en 4600 metros y operará en el rango de frecuencias de 80 a 350 GHz. Sierra Negra es la más alta de cerca de veinte sitios candidatos para el seguimiento de vapor de agua contenido en la atmósfera y fue seleccionado como el sitio GTM en febrero de 1997. La construcción del telescopio comenzó en 2000, con la antena inaugurada por el Presidente Fox en noviembre de 2006. La superficie del telescopio está terminada, establecida y probada, mientras que los instrumentos científicos del GTM demuestran su desempeño en otros telescopios.

La construcción del GTM requiere el desarrollo de la infraestructura. La red eléctrica se amplió 13 km hasta llegar al sitio GTM para suministrar hasta 1 MW de potencia durante la operación, con un potencial de pico de suministro de 5 MW. La carretera fue construida principalmente durante 1998-1999 para permitir el paso de las piezas de hasta 6 m de ancho, y ha sido continuamente mejorado. Una línea de Internet de fibra óptica que va paralelo a la energía eléctrica se ha establecido y se mantiene en la actualidad a sólo 2 Mb / s, pero se ampliará una vez que el GTM entre en la fase de operación. Las instalaciones del GTM están ya en condiciones de presentar alojamiento a los científicos en las áreas de oxígeno enriquecido. Sin embargo, quedarse en el lugar no se fomenta y un campamento base se establecerá a una altura menor.

La construcción del GTM y el desarrollo del sitio Sierra Negra señala la posibilidad de que otros instrumentos se beneficien de la elevada altitud del sitio. Nueve de estas instalaciones se encuentran en distintas fases:

HAWC y GTM, estas instalaciones son miembros del Consorcio Sierra Negra (CSN, por su sigla en inglés), una organización sin fines de lucro encargada de organizar la operación conjunta del sitio. El CSN actuará como un proveedor de servicios comunes tales como sitio de acceso, electricidad, Internet, comunicaciones (con una consideración especial para la prevención de RFI al GTM), el abastecimiento de agua, la seguridad (hay una entrada con guardia las 24 horas del día), etc y el respectivo mantenimiento, a cambio los miembros del consorcio cubrirán su parte de las operaciones de gastos, de acuerdo a la ubicación y las características de cada experimento.

El sitio está dentro de un Parque Nacional, con las tierras anteriormente propiedad del gobierno federal mexicano. La autorización para usar el sitio puede ser concedida por la Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT), el organismo federal a cargo del medio ambiente. Una declaración de impacto ambiental para la instalación de HAWC en el Parque Nacional Pico de Orizaba se presentó a la SEMARNAT en junio de 2007 y un permiso condicionado que se concedió en septiembre de 2007. El permiso permite una fase de construcción de tres años y hasta diez años de operación, lo que permite la instalación del experimento, sus periféricos y la infraestructura de sistemas de adquisición de agua. Un permiso es necesario para la construcción de 1 kilometro de la carretera de acceso y las líneas eléctricas, el cual se solicitó en febrero, y aún no se tiene respuesta. Las condiciones impuestas para el proyecto a través del permiso de la SEMARNAT están dirigidas a minimizar el impacto ambiental y para compensar a través de un programa de reforestación en relación con el proyecto HAWC. El permiso está en línea en el sitio web propuesto de HAWC.

Esta propuesta incluye la financiación para bombear el agua para HAWC cerca de un valle. Sin embargo, dada la ubicación y las razonablemente altas precipitaciones en la región (100 cm / año, con una marcada dependencia estacional), probablemente será capaz de adquirir el agua a nivel local, a través de un pozo profundo más cerca del sitio de HAWC o un sistema de captura de agua. Un modelo topográfico 3D de la región se construyó para modelar los flujos de agua en las cercanías del sitio y se complementó con estudios geo-eléctricos para determinar la ubicación más adecuada para la extracción del pozo. Las demandas sobre la capacidad del pozo son razonables: teniendo en cuenta el volumen de agua necesaria para los 900 tanques, la demanda es de 2,4 litros/segundo para adquirir el agua dentro de un año utilizando este método por sí solo. La ampliación del tiempo para las adquisiciones de agua alivia las demandas en el pozo con la misma proporción. Ya tenemos definida la posición de una prueba y así llevar a cabo su perforación en el próximo mes. Dependiendo del agua extraible, la prueba también se puede ampliar a una extracción completa. Para ello será necesario ampliar su diámetro, la instalación de una bomba de alta potencia y alrededor de 2 kilometros de tuberías para transportar el líquido al observatorio HAWC.

Una segunda opción de adquisición de agua es un sistema de captura colocado debajo de un punto de convergencia, una boquilla natural de agua yendo hacia abajo del Citlaltepetl Sierra Negra, que fue identificado a unos 7 kilometros al O-NO del sitio de HAWC. Este sistema de captura será un gran paralelepípedo de hormigón, el cual sería particularmente eficaz durante la temporada de lluvia (mayo-octubre), mientras que el pozo suministra agua de forma más continua.