Cosmología y Astropartículas

Física de astropartículas: radiación cósmica y rayos gamma.

El Grupo de física de astropartículas del IAC participa en dos grandes colaboraciones: el Espectrómetro Alpha Magnético (EAM) de la Estación Espacial Internacional (ISS, en sus siglas en inglés) y los telescopios MAGIC .

El EAM proporcionará información sobre el espectro y la composición química de la radiación cósmica a un nivel sin precedentes. El IAC planea usar los datos de AMS para estudiar los mecanismos de aceleración de los rayos cósmicos presentes en los ambientes astrofísicos más extremos (remanentes de supernova, pulsares, agujeros negros, etc.) y para entender la evolución química de los rayos cósmicos en nuestra galaxia debido a procesos de espalación en el medio interestelar (especies primarias como C, N, O, se transforman en elementos ligeros secundarios como Li, Be y B). Los datos del EAM combinados con observaciones complementarias de fotones de rayos gamma de muy alta energía (MAE) realizadas con los telescopios MAGIC nos darán una nueva visión sobre las fuentes de rayos cósmicos y de rayos gamma. En colaboración con el CIEMAT pretendemos estudiar también núcleos de rayos cósmicos a alto corrimiento al rojo, así como detectar materia oscura de forma indirecta utilizando estos experimentos.

Se han realizado también algunas actividades destacadas para promocionar la candidatura del Observatorio del Teide como sede del Observatorio Norte de la CTA, que están relacionadas con la obtención de datos en el emplazamiento propuesto, además de presentar a la colaboración los beneficios que supondría para la CTA la localización en Tenerife de su Observatorio Norte.

Cosmología

El Proyecto Severo Ochoa contribuye también a la financiación de los principales objetivos del centro en su línea de Investigación en Cosmología:

1) Estudio de la Física del Universo Temprano y de las ondas gravitatorias primordiales. El análisis de las anisotropías en la temperatura y la polarización de la radiación residual del Fondo Cósmico de Microondas (CMB, en sus siglas en inglés) constituye una herramienta fundamental para el estudio de las características físicas de nuestro universo y su evolución. Analizando la huella dejada en la polarización del CMB se puede confirmar genuinamente la existencia de un episodio inflacionario en el Universo Temprano a escalas energéticas de 1016 GeV (12 órdenes de magnitud por encima de las alcanzables en el CERN). El Grupo de Cosmología del IAC participa en dos proyectos claves en la frontera de su campo: la misión Planck de la ESA, y el Experimento QUIJOTE-CMB  (donde R. Rebolo es co-I e IP respectivamente) con el objeto de delimitar aún más el período en que el universo fue inflacionario y en que se generaron ondas gravitatorias primordiales. 


2) Delimitar observacionalmente la naturaleza de la energía oscura realizando mapas espectroscópicos masivos del universo lejano. ¿Qué es la energía oscura? ¿Es la constante cosmológica de Einstein o se trata de un fenómeno dinámico con un grado (medible) de evolución? Sólo puede responderse a estas preguntas utilizando sondas astrofísicas. El IAC está involucrado en una serie de experimentos (como el satélite Planck, el proyecto SDSSIII – BOSS, el BigBOSS, y el satélite de la ESA Euclid) que arrojarán luz sobre la dinámica específica de la expansión acelerada y la ecuación de estado de esta intrigante energía.

Objetivos:

• Desvelar la génesis y los mecanismos de aceleración de la radiación cósmica y de rayos gamma a las más altas energías;
• Estudiar la física del Universo Temprano y de las ondas gravoitatorias primordiales mediante mediciones realizadas en el Fondo Cósmico de Microondas;
• Conocer la naturaleza de la energía oscura y su evolución realizando mapas espectroscópicos masivos del universo lejano. 

Resultados Científicos Específicos:

2012

• El primer experimento QUIJOTE llevado a cabo por el IAC y su instrumento multifrecuencia han sido comisionados para el Observatorio del Teide, y se ha comenzado la construcción del segundo telescopio y otros dos instrumentos.
• El IAC ha participado en el espectrópetro de masas EAM de la Estación Espacial internacional, que ha producido ya su primer descubrimiento: un exceso de positrones en los rayos cósmicos.
• El IAC se ofreció formalmente para acoger telescopios de luz Cherenkov (CTA) en el Observatorio de Teide.
• Participación de investigadores del IAC en el análisis de los datos del mapa SDSS-III BOSS y la publicación de los primeros resultados cosmológicos de Planck. Ambos proyectos aportaron claras delimitaciones a la ecuación de estado de la energía oscura.  
• El IAC co-lidera la participación española en la misión Euclid de la ESA sobre la energía oscura.

2013

• El EAM acaba de dar los primeros resultados tras dos años de toma de datos regularmente. El primer artículo se acaba de publicar en el Physical Review Letters con el título de  "First Result from the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station: Precision Measurement of the Positron Fraction in Primary Cosmic Rays of 0.5-350 GeV" (“Primeros resultados del Espectrómetro Alfa Magnético de la Estación Espacial Internacional: medidas de precisión de la fracción de positrones en rayos cósmicos primarios de 0,5-350 GeV”).
• Hemos mantenido nuestra implicación en la colaboración MAGIC, incluida la participación en el comisionado de la actualización de la cámara I-MAGIC.
• En marzo  de 2013, la colaboración Planck publicó su primer conjunto de mapas vinculados a su mapeado nominal junto con los artículos científicos asociados. Como miembros del Grupo Central, algunos investigadores del IAC han tomado parte activa en la preparación de estos resultados (Resultados de la Colaboración Plank 2013 XVI, aceptado para su publicación en Astronomy & Astrophysics). Además, el IAC está coordinando el Grupo de Trabajo sobre cúmulos de galaxias y anisotropías secundarias dentro del consorcio Planck. A lo largo del año 2013 la colaboración ha producido varios artículos sobre este tema (Colaboración Planck XX, XXI y XXIX, 2013 (Astronomy & Astrophysics, enviado); Astronomy & Astrophysics vol. 561, A97). En particular, el grupo del IAC liderado por J.A.Rubiño (investigador postdoctoral SO avanzado) está desempeñando un papel fundamental en la identificación y caracterización de las contrapartidas en el óptico de los candidatos a cúmulos Sunyaev-Zeldovich recientemente descubiertos por Planck, utilizando para ello un programa ITP (ITP13_8) cuyas observaciones se iniciaron en agosto de 2013

• El Proyecto QUIJOTE comenzó sus observaciones y se espera que los primeros artículos sean publicados a lo largo de 2014.
• Se estudió la morfología y el contenido en galaxias de supercúmulos en el contexto del SDSS y los resultados fueron publicados en Astronomy & Astrophysics.