Creación del Nuevo Observatorio de Rayos Cósmicos de Izaña (ICaRO)
El Observatorio de Rayos Cósmicos ICaRO ha sido instalado en el Observatorio Atmosférico de Izaña. Los rayos cósmicos son partículas altamente energéticas que provienen del espacio exterior y atraviesan constantemente el espacio interplanetario y la atmósfera terrestre. Afortunadamente para la vida en la Tierra, no todos los rayos cósmicos alcanzan la superficie terrestre; la magnetosfera y la atmósfera terrestre actúan como una capa de protección natural contra estos. La rigidez magnética es la magnitud física que determina el umbral a partir del cual un rayo cósmico puede producir partículas secundarias que pueden alcanzar la superficie terrestre. A su vez, la rigidez magnética mínima que una partícula cargada debe tener para poder atravesar la magnetosfera y la atmósfera terrestre, y producir partículas capaces de alcanzar la superficie de la Tierra desde el exterior se conoce como umbral vertical de rigidez. En particular, el Observatorio Atmosférico de Izaña, por su situación geográfica y por su altitud de 2373 m sobre el nivel del mar, tiene un umbral vertical de rigidez calculada de 11.5 GV, es decir, que sólo aquellas partículas que superen ese nivel de rigidez serán capaces de alcanzar el nuevo detector.
ICaRO es el segundo de su tipo en ser instalado en España, el primero se encuentra en la Base Antártica Española Juan Carlos I, está dedicado a la observación de rayos cósmicos secundarios, en particular neutrones y muones y, en el caso de estos últimos, también la dirección de incidencia.
Actualmente existe una organización que recoge las medidas de este tipo de detectores, la red mundial de monitores de neutrones (https://www.nmdb.eu), o NMDB por sus siglas en inglés. Disponer de las medidas de diferentes estaciones con distintas rigideces de corte vertical es una potente herramienta para diferentes investigaciones científicas. La elevación sobre el nivel del mar y la rigidez de corte posicionan a ICaRO como un detector excepcional, que cubre un vacío que existía en la NMDB. Además, permite la observación de neutrones generados durante eventos solares muy energéticos, facilita la monitorización de la actividad solar y posibilita el estudio de las interacciones entre los rayos cósmicos y las partículas energéticas solares dentro de la atmósfera.
ICaRO fue instalado en IZO a finales de febrero de 2023, siendo posible gracias a un esfuerzo colaborativo entre la Universidad de Alcalá y el Centro de Investigación Atmosférica de Izaña (IARC), que opera bajo la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET).
Figura 1. (a) Ubicación de ICaRO en IZO, en el hangar de cometas, y (b) instalación de ICaRO con el equipo de la Universidad de Alcalá y AEMET.
Aunque ICaRO todavía se encuentra en proceso de puesta en marcha, ha estado generando de manera constante datos estables desde su instalación. La Figura 2 muestra un evento solar registrado por el instrumento de referencia CaLMA (Monitor de Neutrones de Castilla-La Mancha). Se trata de un decremento de Forbush, en honor al físico estadounidense Scott E. Forbush, quien fue pionero en el estudio de la relación entre las perturbaciones solares y las variaciones en la intensidad de los rayos cósmicos en la década de 1930. Estos decrementos de Forbush se refieren específicamente a la reducción temporal en la cantidad de rayos cósmicos que llegan a la Tierra debido a las interferencias causadas por la actividad del Sol.
Este evento, que sucedió a principios del mes de mayo de 2023, fue capturado por ICaRO durante la etapa final (fase de disminución) y a lo largo de toda la fase de recuperación.
Figura 2: Disminución en Forbush observada por CaLMa a principios de mayo (panel superior). La falta de datos a principios de mayo se debió a un problema en el sistema de adquisición, aunque esto no impidió la observación parcial de ICaRO.
Una vez finalizada su implantación, este observatorio proporcionará la capacidad única de observar neutrones y muones, tanto galácticos como aquellos que emergen durante eventos solares, posibilitando con ello la monitorización continua de la actividad solar. Además, habilita la investigación de las complejas interacciones entre los rayos cósmicos y las partículas energéticas procedentes del Sol en el entorno atmosférico. Estas investigaciones aportan resultados significativos en el contexto del clima espacial y sus ramificaciones.
