No alto de um planalto entre o Pico de Orizaba, o pico mais alto do México, e a Sierra Negra, um vulcão extinto no sudoeste do pico, um trabalhador fez uma pausa para recuperar o fôlego.
Ele e a sua equipe de 40 pessoas trabalhavam no que viria a ser um conjunto de 300 tanques de aço para o HAWC (acrônimo de High Altitude Water Cherenkov).
Uma vez concluídos, cada um dos enormes tanques seria um pouco mais alto do que uma casa térrea e mediria cerca de 10 passos de diâmetro. Juntos, armazenariam uma quantidade suficiente de água purificada para encher pelo menos 20 piscinas olímpicas.
A matriz no cume da montanha foi construída a mais de 4000 metros (cerca de 13.500 pés) acima do nível do mar, uma altitude ideal para detetar as partículas cósmicas que atingem a Terra vindas do espaço. O objetivo principal do HAWC é reunir indícios sobre o local de nascimento dessas partículas de alta energia.
Apesar de o oxigênio ser reduzido a essa elevada altitude, a construção dos detetores HAWC no local seria bem mais fácil do que transportá-los pela montanha completamente montados.
Entre 2010 e 2014, os trabalhadores equiparam os tanques do HAWC com um total de 1200 fototubos a vácuo. Os fototubos foram concebidos para detetar a radiação Cherenkov, um flash azulado emitido quando as partículas carregadas ultrapassam a luz que viaja dentro de um meio líquido, como a água nos tanques. A matriz do HAWC regista a amplitude e o tempo destas partículas 24 horas por dia, mapeando a atividade de dois terços do céu.
Atualmente, 30 instituições no México, Estados Unidos e Europa colaboram no HAWC. E tudo começou com uma apresentação numa conferência que despertou a curiosidade de uma estudante de doutoramento mexicana que frequentava a Universidade de Wisconsin-Madison.
Colaboração em alta altitude
Em 2000, Magdalena González estava no quarto semestre de um doutoramento em física teórica e a sua vida acadêmica era miserável. “A minha vida como teórica era muito séria e solitária”, diz ela. “Houve semanas em que não falei com ninguém.”
Mas, depois, ela assistiu a uma palestra da física Brenda Dingus, do Laboratório Nacional Los Alamos, do Departamento de Energia dos EUA. O tema era novo para ela: investigação experimental sobre os raios gama. “Fiquei estupefata”, diz González. “Pensei, é isso mesmo que quero investigar.”
Ela abordou Dingus para lhe perguntar como poderia se envolver. Dingus admitiu-a como estudante de pós-graduação e passou a fazer análises de satélites e, mais tarde, a trabalhar no Observatório de Raios Gama MILAGRO em Los Alamos, Novo México, para realizar a sua tese.
Em 2005, González, que tinha acabado de se formar, ingressou na Universidade Nacional Autónoma do México (UNAM) para frequentar um pós-doutoramento. Dingus e o resto da equipe do MILAGRO trabalhavam no seu próximo passo. Eles tinham atingido os limites da sua tecnologia atual e precisavam de detectores maiores instalados num local mais adequado.
González sonhava em construir a próxima geração de detectores no México.
Os cientistas também estavam considerando locais no Tibete e na Bolívia, e ela sabia que precisaria reunir uma equipe dos sonhos para apresentar o seu caso. Felizmente, essa equipe encontrava-se no
México e na América do Sul.
González e Dingus entraram em contato com Alberto Carramiñana, que estava envolvido na construção e desenvolvimento do Grande Telescópio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM) no Pico de Orizaba. “Soube imediatamente que era uma oportunidade única na vida”, diz Carramiñana.
Eles contaram com o apoio de Arturo Menchaca e Andrés Sandoval, dois especialistas em instrumentação aplicada à física de altas energias da UNAM. Também trouxeram a bordo o físico Arnulfo Zepeda, que havia codirigido a montagem dos tanques Cherenkov no Observatório de Raios Cósmicos Pierre Auger, na Argentina.
Em 2006, Carramiñana e os seus parceiros realizaram um estudo que confirmou a viabilidade da construção do HAWC no México. Um ano depois, o Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica e Eletrônica (INAOE) e a Fundação Nacional da Ciência dos EUA assinaram um acordo que autorizou oficialmente a instalação do HAWC dentro do parque nacional.
Trabalhadores das comunidades vizinhas de Atzitzintla e Texmalaquilla começaram a construção em 2010. Foram transportados um total de 55 milhões de litros de água com caminhões de uma central de filtragem em Esperanza, um município próximo à encosta da montanha.
Quando o trabalho foi concluído, tendo instalado uma matriz de detetores quatro vezes superior à área de um campo de futebol, eles voltaram a descer a montanha e os detectores ficaram principalmente a seu cargo.
Todos os dias, o HAWC gera cerca de 2 terabytes de dados, que são armazenados em discos rígidos e transportados para o Instituto de Ciências Nucleares no campus da UNAM. Os dados são depois transmitidos à Universidade de Maryland, que os fornece aos colaboradores online. Um pequeno número de técnicos residentes em Atzitzintla está disponível para lidar com problemas que ocorram no local.
Atualmente, Dingus atua como gerente de operações do HAWC e González faz a gestão das operações do HAWC em nome do México.
Ciência além fronteiras
Em 2013, Sara Coutiño, doutoranda do INAOE, visitou pela primeira vez a Sierra Negra. Depois de meia hora de viagem atribulada pela montanha acima, ela saiu de um caminhão. A última estrada em direção ao topo era difícil de percorrer, e o ar estava a tornar-se cada vez mais frio e fino. Mal ela chegou à clareira da montanha, surgiram 100 detetores Cherenkov.
“Visitar o HAWC pela primeira vez foi sensacional”, diz Coutiño.
O cenário é de tirar o fôlego, e as filas e filas de detetores são uma visão dramática, diz ela. Mas ela ficou muito impressionada com o trabalho feito nos bastidores, ou melhor, na montanha, pelos 100 membros que colaboram no HAWC, os quais se coordenam entre os vários países e instituições. “Ainda me espanta como todas estas pessoas trabalham juntas para o manter em funcionamento.”
Coutiño originalmente planeava fazer o seu doutoramento no estrangeiro. Durante a sua juventude nos anos 80 e 90, uma parte considerável da física experimental mexicana era realizada com infraestruturas de ponta localizadas fora do país em instituições como o Fermi National Accelerator Laboratory nos EUA e o CERN na Europa.
Mas Coutiño diz que quando viu a matriz de detetores, percebeu que já tinha tudo o que precisava no México. Neste momento, ela investiga a Markarian 501 e a Markarian 421, um par de galáxias blazares com diferenças inexplicáveis na sua distribuição de energia.
Atualmente, os projetos no HAWC e GTM são o lar para os estudantes que os visitam oriundos da Rússia, Índia, China e outras nações. “Desde o início da minha formação científica, a comunicação e a cooperação com colegas de outros países foram fundamentais”, diz Zepeda, investigador sénior do Departamento de Física do Centro de Investigação e Estudos Avançados do Instituto Politécnico Nacional (CINVESTAV) da Cidade do México. “Quanto maior for a sua ligação, mais irá aumentar os teus horizontes.”
Inspirada pelo HAWC, em 2014, Coutiño começou a coorganizar, o Encontro Anual de Estudantes de Astronomia, um evento independente onde jovens pesquisadores do México e de outros países partilham as suas pesquisas. Os resultados do HAWC são apresentados lá desde 2015.
Olhos no futuro
O sucesso do HAWC motivou a concepção de projetos ainda maiores na América Latina. Atualmente, uma aliança de cientistas latino-americanos, americanos e europeus planeja uma matriz ainda mais poderosa chamada Observatório de Pesquisa de Raios Gama do Sul, ou SGSO, a ser instalada possivelmente na Argentina, Peru ou Chile.
“Fazer parte de um conjunto mundial de detectores é onde está o nosso futuro”, diz Jordan Goodman, investigador principal no HAWC da Fundação Nacional da Ciência dos EUA. “O próximo passo para nós seria a colaboração com a América do Sul. Ter um observatório mais ao sul seria ideal para olhar para o centro galáctico.”
Espera-se que o observatório, conhecido como Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO), cuja matriz de 900 detectores de água Cherenkov deverá entrar em pleno funcionamento no sudoeste da China em 2021, venha a fazer parte desta futura rede. Uma vez que o HAWC e o LHAASO têm latitudes semelhantes mas longitudes geográficas diferentes, os cientistas esperam utilizá-los para monitorizar diferentes aspectos de um único objeto astronômico.
Na era da astronomia multimensageira, os cientistas ao redor do mundo estão mais interligados, diz Goodman. Os cientistas que estudam os neutrinos de alta energia no espaço através da matriz do IceCube na Antártida comparam notas com cientistas que estudam sinais provenientes do exterior da nossa galáxia com o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, e com cientistas que estudam ondas gravitacionais no Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferómetro Laser para ver o que podem aprender ao observar múltiplos aspectos dos mesmos eventos astronômicos.
“O que se segue depois do HAWC para os nossos estudantes?” González diz. “Trabalhamos num plano para colher o que plantamos.”
