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 (AMS) de la Estación Espacial Internacional (ISS, en sus siglas en inglés) y los telescopios MAGIC .

    AMS 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 de AMS 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 MAGIC 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 de los Observatorios de Canarias como sede del Observatorio Norte de CTA. En 2016, España y Japón acordaron la instalación de cuatro nuevos telescopios Cherenkov, que formarán parte del futuro CTA-Norte, en el Observatorio Roque de los Muchachos, en la isla de La Palma.

    Cosmología

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

    1. Estudio de la Física del Universo Temprano y de las ondas gravitacionales 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 10^16 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 gravitatacionales 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? Estas preguntas solo pueden responderse utilizando sondas astrofísicas. El IAC está involucrado en una serie de experimentos (como el satélite Planck, los proyectos SDSSIII  BOSS y eBOSS, 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 específicos para 2020-2023:

    • Física de las astropartículas: estudio de los rayos cósmicos y de las fuentes de rayos gamma con AMS, MAGIC y CTA. Comprensión del origen, los mecanismos de propagación y la composición química de los rayos cósmicos. Primera ciencia con el telescopio de gran tamaño del Cherenkov Telescope Array. Contribuir a la astronomía multimensajero con el seguimiento de eventos transitorios. Búsqueda de la aniquilación de la materia oscura con los telescopios MAGIC y preparación de la ciencia TeV con CTA.
       
    • Estudios del fondo cósmico de microondas sobre la física del universo primitivo, las ondas gravitacionales primordiales y las edades oscuras del Universo. Obtener restricciones de los modos B primordiales combinando los experimentos de polarización del CMB en el Observatorio del Teide (QUIJOTE, STRIP, Groundbird, KISS) con Planck. Mejorar la detectabilidad de los modos B mediante futuros experimentos como Litebird (JAXA) a través de nuevos mapas de emisión de radio polarizada en el hemisferio norte y modelos del fondo de radio. Restricciones de la época de reionización a partir de las mediciones espectrales del CMB utilizando instrumentación recientemente desarrollada (TMS). Preparación científica de futuros instrumentos para medir las distorsiones espectrales (SKA, misiones espaciales).
       
    • Restricciones sobre la energía oscura, la materia oscura, las masas de neutrinos y la variación temporal de las constantes fundamentales con estudios espectroscópicos masivos (eBOSS, DESI, WEAVE, EUCLID, eROSITA, JPAS) y otros. Restricciones de los parámetros cosmológicos a partir de las mediciones de la estructura a gran escala a bajo corrimiento al rojo en 0,4<z con EUCLID, lo que lleva a la determinación de barras de error precisas para las mediciones de BAO y de la distorsión espectral del corrimiento al rojo. Restricciones de la ecuación de estado de la energía oscura y determinación del comportamiento dinámico utilizando los nuevos datos Lyman alpha con DESI.
       
    • Pruebas del modelo LCDM utilizando el efecto Sachs-Wolfe integrado. Búsqueda de partículas bosónicas ultraligeras: axiones y emisión de fotones oscuros a partir de consideraciones sobre la evolución estelar (por ejemplo, el extremo de la Rama de las Gigantes Rojas), y mejores restricciones a partir de la polarimetría de microondas.

    Para ver los objetivos específicos anteriores, visite: web SO-IAC 2016-2019

    Coordinador
    Personal

    Resultados científicos 2020-2023:

    • El Universo según Planck. Los mapas finales de la misión Planck de la ESA y los resultados científicos asociados se presentaron en este periodo en una serie de artículos de los que son coautores los científicos del IAC. Encontramos una buena consistencia con la cosmología ΛCDM estándar de 6 parámetros espacialmente plana que tiene un espectro de potencias de perturbaciones escalares adiabáticas (denotado "ΛCDM base"), de polarización, temperatura y lente, por separado y en combinación. Planck Collaboration, A&A 641 (2020) A6.
       
    • Aceleración de protones en explosiones de novas termonucleares revelada por rayos gamma. Detección de rayos gamma por parte de los telescopios MAGIC del estallido de 2021 de RS Ophiuchi, una nova recurrente con una compañera gigante roja, que nos permitió caracterizar con precisión la emisión de una nova en el rango de energía de 60 GeV a 250 GeV. La interpretación teórica de los datos combinados de Fermi LAT y MAGIC sugiere que los protones son acelerados a cientos de gigaelectronvoltios en el choque de la nova. MAGIC Collaboration, Nature Astronomy 6 (2022) 689-697.
       
    • Detección de variaciones espectrales de la Emisión Anómala de Microondas con QUIJOTE y C-BASS. Caracterizamos la morfología de la AME en el anillo λ Orionis de ≈10º de diámetro, combinando QUIJOTE (10-20 GHz), C-BASS (5 GHz) y otros mapas auxiliares. Se observa una disminución radial en la frecuencia de pico de la AME desde ≈ 35GHz cerca del centro de la región, hasta ≈ 21GHz en las partes exteriores del anillo, lo que supone la primera detección de variaciones espectrales de la AME a través de una única región. MNRAS 503 (2021) 2927-2943.
       
    • COSMIC BIRTH: inferencia bayesiana eficiente de la red cósmica en evolución a partir de estudios de galaxias. COSMIC BIRTH (COSMological Initial Conditions from Bayesian Inference Reconstructions with THeoretical models): un algoritmo para reconstruir los campos de densidad cósmicos primordiales y evolucionados a partir de sondeos de galaxias en el cono de luz. Kitaura et al, MNRAS 502 (2021) 3456. Comunicado de prensa.
       
    • El Espectrómetro Magnético Alfa (AMS) en la estación espacial internacional: Parte II - Resultados de los primeros siete años. Este informe presenta flujos de positrones, electrones, antiprotones, protones y núcleos, basados en 120.000 millones de eventos de rayos cósmicos cargados hasta energías de varios TeV medidos con AMS-02. La precisión y las características de los datos proporcionan una aportación única para la comprensión de los orígenes, la aceleración y la propagación de los rayos cósmicos. AMS Collaboration, Phys.Rept. 894 (2021) 1-116.

    Resultados científicos 2016-2019

    Resultados científicos 2012-2015

    Publicaciones relacionadas

    No se ha encontrado ninguna publicación relacionada.

    Charlas relacionadas

    No se ha encontrado ninguna charla relacionada.