Adiós Endeavour, hola AMS-02

Annia Domènech / 17-05-2011

Ayer, dieciséis de mayo, el transbordador espacial Endeavour se alejó, por última vez, de la Tierra. En su bodega viaja uno de los instrumentos estrella en astrofísica de partículas para ser instalado en la Estación Espacial Internacional. Su nombre es Espectrómetro Magnético Alpha (AMS-02) y su objetivo revelar algo que el Universo esconde con celo: la materia oscura y la antimateria.

Se trata de un experimento típico de física de partículas elementales, pero que ha sido diseñado y construido para ir al espacio. Es la primera vez que se posiciona de forma permanente un espectrómetro magnético en lo que es un entorno extremadamente agresivo y con muchas exigencias. Entre otras, el tamaño y peso del instrumento deben ser muy inferiores a los estándares en física de partículas para tener cabida en el transbordador primero y en la Estación después.

AMS-02 vuela con la misión STS-134, de NASA, cuya tripulación consta de seis astronautas. Se trata de la última misión del Endeavour, y este veterano transbordador a punto de jubilarse se ha hecho de rogar. Todo parecía a punto para el lanzamiento el pasado 29 de abril cuando la detección de un fallo en el calentamiento de su sistema hidráulico responsable de la propulsión en el ascenso y descenso de este vehículo espacial, motivó la anulación del vuelo. Tras la sustitución de la caja de encendido de los calentadores, y la verificación de su buen funcionamiento, el lanzamiento se fijó para el día de ayer, cuando finalmente tuvo lugar. A su regreso, al cabo de dieciséis días, sólo quedará un vuelo más para que el programa de transbordadores espaciales de la NASA llegue a su fin, el del transbordador Atlantis en la misión STS-135. Después el transporte de astronautas a la ISS será asegurado por las naves rusas Soyuz.

AMS-02 aportará información sobre la naturaleza del Universo a través del estudio de los rayos cósmicos, un tipo de partículas que llega en continuo a la Tierra: a usted le están “regando” aunque no se dé cuenta. Sin embargo, para escudriñarlos, nada mejor que ir al espacio. La “culpable” es, como tantas veces cuando se habla de Astrofísica, la atmósfera terrestre. Si lo que se desea es medir el comportamiento de los denominados rayos cósmicos primarios, hay que dejarla atrás (al interaccionar con ella se generan nuevas partículas y fotones).

De la importancia de “subir a los cielos” se dio cuenta Victor Hess, Premio Nobel de Física en 1936, que descubrió hace cien años la existencia de los rayos cósmicos. Hess colocó su experimento en un globo y observó que el efecto estudiado de ionización del aire aumentaba cuando se alejaba de la Tierra. A partir de este dato, y sabiendo que la densidad de la atmósfera disminuye con la altitud, concluyó que estas partículas, de gran energía, debían proceder del espacio exterior. Sin duda, a este gran científico le hubiera encantado poder posicionar un instrumento en una plataforma del tamaño de un campo de fútbol en caída libre permanente hacia la Tierra o, lo que es lo mismo, en órbita alrededor del planeta a 350 km de distancia de media, allí donde ya no “queda” atmósfera.

La Estación Espacial Internacional (ISS), con módulos presurizados en los que pueden vivir hasta siete astronautas, es como un sueño de infancia, con una apariencia de mecano que contribuye a esa imagen. Han sido necesarias treinta y cinco misiones de los transbordadores espaciales, que fueron diseñados para construirla, para que sea una realidad, y la STS-134 es, de hecho, la última misión de ensamblaje. Una vez en la ISS, AMS-02 no la abandonará jamás y sólo dejará de “trabajar” en el momento en que ésta se desorbite, previsiblemente en 2028. Esto no siempre estuvo previsto así, en un principio la vida útil de este instrumento sólo iba a ser de tres años. El imán súperconductor, que era el corazón del experimento, requería para su funcionamiento helio superfluido, limitando por tanto su longevidad, puesto que repostarlo no era factible. Pero en un cambio que podría llamarse de último minuto en un proyecto de tan larga duración (comenzó su andadura en 1995) se sustituyó hace un año por otro imán que no requiere consumibles.

¿De qué chistera se sacó el imán sustituto? Era el que había volado en 1998 formando parte del prototipo AMS-01 con el transbordador Discovery en el marco de una misión de apoyo a la estación espacial rusa MIR. La finalidad de este instrumento predecesor del actual era demostrar que este tipo de espectrómetro funciona correctamente en el espacio, antes de acometer la gran empresa que ha supuesto AMS-02, resultado de una colaboración internacional en la que figuran, entre otros países, España, Estados Unidos, Francia, Italia, Suiza, Alemania, Taiwán y China. AMS-01 pasó únicamente diez días en órbita, y sus observaciones son todavía objeto de artículos científicos. Visto su éxito en un período tan limitado de tiempo, es inimaginable lo que su colega, AMS-02, con dos décadas operando como un módulo externo de la ISS, podrá aportar a la astrofísica de partículas. Expectantes, los científicos de la colaboración AMS-02 se encuentran ya en el Centro Espacial Johnson, a la espera de los primeros datos, que empezarán a llegar poco tiempo después de la instalación del instrumento en la Estación, el cuarto día de la misión espacial del Endeavour. El próximo mes de julio, la recepción de datos se trasladará al CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear, situada en Ginebra (Suiza).

Pero estábamos con la historia del cambio de imán. Quizás se pregunten quién fue el mago que se sacó el cambio de imán de la chistera con el riesgo, y la controversia, consiguientes, pues es el corazón del experimento, si él falla todo deja de latir y aquí no hay astrofísica de partículas que valga. Dicho de otro modo, AMS-02, que recibirá 25.000 partículas por segundo, necesita un imán para encontrar la carga de cada partícula. Midiendo la masa, la carga y la energía de la partícula se puede saber se trata de un antinúcleo (como antihelio o anticarbono). Este espectrómetro es tan preciso que permitirá detectar un antinúcleo entre 1000 millones de núcleos de materia. Haciendo una metáfora, AMS mira la “lluvia de partículas” y tiene que identificar una gota. Para conseguirlo, sus detectores analizarán la energía, la masa y la carga eléctrica de cada una de ellas, por varias vías de forma redundante. ¿Por qué los científicos desean encontrar antinúcleos, es decir, antimateria? Una de las grandes cuestiones que la ciencia tiene pendientes de resolver es por qué todo lo que nos rodea, nosotros incluidos, está compuesto por materia, si en los comienzos del Universo se generó la misma cantidad de materia que de antimateria. AMS-02 podría ayudar contestarla.

El mago en cuestión, el del cambio del imán, responde al nombre de Samuel C.C. Ting, Premio Nobel de Física 1976. Este científico del Massachusetts Institute of Technology (MIT) es un personaje carismático, el alma del proyecto, que ha logrado lo que, sobre el papel, parece una empresa imposible: hacer colaborar a cincuenta y seis centros de investigación, seiscientas personas o dieciséis países (dígase como se quiera) para diseñar, construir y posicionar AMS-02 en el espacio. Cada uno de los físicos, ingenieros y técnicos con su opinión, ego y método de trabajo.

Entre los institutos participantes, hay dos españoles: el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) y el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Su contribución ha sido determinante para uno de los detectores del instrumento, el Detector de Radiación Cherenkov (RICH). El DNI de una partícula, lo que hace posible identificarla, consta de la masa, carga y energía, y el RICH da parte de esta información. Lo hace utilizando el efecto Cherenkov: cuando una partícula viaja en el interior de un medio a una velocidad superior a la de la luz en ese medio (en su caso, un aerogel) se produce un destello luminoso que dura nanosegundos. Midiendo este destello se consigue información sobre la partícula. Para entendernos, ocurre algo parecido a cuando un avión rompe la barrera del sonido, en cuyo caso se produce una onda de choque porque el sonido viaja más lentamente que lo que lo que lo está produciendo (es un destello de sonido).

Insigne explorador británico del siglo XVIII, James Cook surcó los mares con su barco, el Endeavour, en el cual transportaba instrumentos náuticos y astronómicos que permitieron hacer avanzar el conocimiento sobre el planeta Tierra. Su alter ego, el transbordador espacial que ayer surcó los cielos, lleva en su bodega un instrumento, el Espectrómetro Magnético Alpha (AMS-02) que hará lo mismo, pero para el Universo. Las fronteras se expanden ¿o desaparecen?

Comentarios (2)

Compartir:

Multimedia

El autor

Annia Domènech es Licenciada en Biología y Periodismo. Periodista científico responsable de la publicación caosyciencia.

Ver todos los artículos de Annia Domènech

Glosario

  • Materia oscura
  • Antimateria
  • Rayos cósmicos
  • Atmósfera terrestre
  • Fotón