¿Por qué los científicos hundieron un telescopio en las partes más profundas del océano? / telescopios

En 2006, los científicos que trabajaban en el telescopio de neutrinos ANTARES se encontraron con un problema: sus nuevos instrumentos observaban mucho más luz de lo que esperaban. Esto fue particularmente confuso dado que ANTARES está hundido en aguas negras, a dos kilómetros y medio bajo el mar Mediterráneo..

Usted ve, esto no es un telescopio ordinario de exploración de estrellas. En lugar de buscar objetos cósmicos distantes, el observatorio ANTARES utiliza dispositivos altamente sensibles a la luz para detectar algo del espacio aquí en la Tierra: la luz emitida por un neutrino cósmico, una partícula subatómica, muy parecida a un electrón sin carga, a medida que pasa a través del agua de mar.

Los físicos de ANTARES sabían cuando comenzaron que podían ver un poco de luz de otras fuentes, como los peces de aguas profundas. Pero el brillo que estaban viendo era lo suficientemente intenso como para obstaculizar su trabajo. ¿De dónde podría estar viniendo??

Afortunadamente, a diferencia de la mayoría de los observatorios, ANTARES emplea a oceanógrafos, geólogos, biólogos marinos y climatólogos, además de astrofísicos. Con un estudio adicional, estos expertos descubrieron que la luz provenía de una floración masiva de bacterias bioluminiscentes de aguas profundas, activadas por el agua que se transportaba de la superficie a la profundidad..

Lo que antes parecía ser un obstáculo resultó ser un gran avance: por sus estudios sobre la floración de las profundidades marinas, la colaboración de ANTARES recibió un premio especial de la revista científica. La Recherche, que otorga anualmente a la investigación científica ejemplar, en 2014. Su observación fue la observación más prolongada de tal florecimiento en las profundidades marinas, y sin ANTARES, los científicos probablemente lo habrían perdido..

Esto es lo que hace que este observatorio sea tan extraordinario; Es una verdadera colaboración interdisciplinaria, que proporciona datos para un grupo de campos que de otra manera podrían parecer tremendamente desconectados..

"Esa es la parte divertida de este trabajo, porque cuando se habla de mi proyecto con oceanógrafos, dicen, '¿un telescopio, en serio?'", Dice Severine Martini, investigadora del Instituto de Investigación de la Bahía de Monterey que ha usado ANTARES para sus estudios de bioluminiscencia. bacterias Ella estaba entre el grupo que estudió la floración bacteriana de las profundidades marinas. “Mientras tanto, cuando hablamos de bioluminiscencia y fenómenos oceanográficos a los astrofísicos, tenemos miradas en blanco. Pero esa es la buena parte de trabajar con diferentes campos. Estamos tratando de resolver diferentes problemas, pero estamos trabajando juntos ".

El fondo del océano puede parecer una extraña elección de ubicación para un telescopio. Pero cuando estás buscando neutrinos, el mar profundo es realmente el lugar ideal para buscar.

Los astrofísicos están intrigados por los neutrinos cósmicos, que se cree que son producidos por los acontecimientos violentos y de alta energía en el espacio; las dos únicas fuentes confirmadas son el sol y una supernova distante, pero los físicos están ansiosos por descubrir de dónde vienen estas partículas. El problema es que los neutrinos son solo una de las muchas partículas que bombardean constantemente la tierra, y a diferencia de muchas de estas otras partículas, como los rayos X o los rayos cósmicos, los neutrinos solo interactúan muy débilmente con la materia, lo que los hace particularmente difíciles de detectar entre el ruido..

Para empeorar las cosas, los neutrinos también se producen en la atmósfera, y pueden ser difíciles de distinguir de sus contrapartes cósmicas..

Aquí es donde entra el océano. Los neutrinos son las únicas partículas que pueden pasar directamente a través de la tierra, por lo que ANTARES usa la tierra como un escudo, en busca de muones-partículas "ascendentes" muy similares a los electrones, pero sin masa, los neutrinos. Producen a medida que pasan por la tierra. Para detectar estos muones, los fotomultiplicadores del observatorio buscan una pequeña ráfaga de luz llamada radiación de Cherenkov, que se produce cuando una partícula cargada se mueve más rápido que la velocidad de la luz en el agua..

Por lo tanto, colocar un telescopio de neutrinos en el fondo del mar es como colocarlo entre dos filtros, que filtran solo lo que está interesado en grabar..

Por lo tanto, colocar el telescopio en el fondo del mar teóricamente lo hace más útil para observar el espacio exterior, pero también lo hace mucho más útil para observar el fondo del mar. "En un sentido amplio, estamos abriendo una nueva ventana sobre el universo", dice Antoine Kouchner, profesor e investigador en cosmología de la Université Paris Diderot, y el portavoz de la colaboración ANTARES. “Pero el hecho de ser un observatorio conectado a tierra permite el monitoreo y la información en tiempo real. Y ahí es donde se vuelve interesante para la ciencia del mar ".

La mayoría de la información de las profundidades del mar viene en pequeños bocados; Por lo general, los instrumentos o los vehículos se envían al fondo solo durante unas pocas horas a la vez. Por lo tanto, la información sobre las profundidades marinas suele estar dispersa y desconectada, tanto espacial como temporalmente..

En contraste, el observatorio ANTARES ha estado transmitiendo datos constantemente, día tras día, a lo largo de los años. Esta información podría ser particularmente relevante para los científicos que estudian el cambio climático, que necesitan conjuntos de datos que abarcan muchos años para analizar lo que está cambiando en un océano que se calienta..

"Básicamente, tener un enchufe eléctrico y un cable Ethernet disponibles a 2500 m de profundidad es un gran paso adelante para los estudios de ciencias de la tierra y el mar", bromeó Paschal Coyle, astrofísica de partículas y ex portavoz de la colaboración. "Me sorprendió que esta comunidad ya no estuviera haciendo lo que estábamos haciendo".

Gracias a los muchos sensores que ANTARES proporciona: monitoreo de oxígeno, temperatura, presión, salinidad, actividad sísmica y mucho más, el alcance de los proyectos no físicos en ANTARES es ahora amplio, desde el seguimiento del flujo de sedimentos en el fondo marino hasta el registro de las llamadas de cachalotes. mientras cazan en lo profundo.

Y todavía están estudiando esos diminutos puntos de luz que eran ruido para los astrofísicos. Durante su Ph.D. En el Instituto Mediterráneo de Oceanografía, Martini descubrió una nueva forma de bacteria bioluminiscente que ella ha estado observando casi continuamente en las profundidades usando ANTARES. En su artículo más reciente, en noviembre, Martini describió la actividad de bioluminiscencia de estas bacterias durante un año consecutivo utilizando los datos de ANTARES. Encontró que las bacterias emitían luz incluso en condiciones estables, y que las bacterias bioluminiscentes eran más activas que las bacterias en general, sugiriendo que la emisión de luz proporciona algún tipo de beneficio ecológico..

"Creo que es interesante porque descubrimos algo que nadie hubiera buscado", dijo Martini. "El papel ecológico de la bioluminiscencia está bien descrito para muchos macro-organismos, pero para las bacterias todavía no sabemos por qué están emitiendo luz". Una teoría sugiere que la bacteria brilla cuando muchas de ellas se adhieren a las partículas de alimentos. Esperanzas de atraer a un animal más grande y hambriento como un pez. Para una bacteria, ser comido es algo bueno, ya que ser excretado más adelante puede ayudar a que se propague a nuevos entornos..

El siguiente paso para ANTARES es uno grande: la colaboración está construyendo un nuevo observatorio, denominado KM3NeT. El nuevo observatorio será 50 veces más grande que ANTARES y estará ubicado en tres sitios, en Francia, Sicilia y Grecia. Durante sus diez años de operación, ANTARES no logró detectar los neutrinos cósmicos; Con el nuevo observatorio, los colaboradores esperan finalmente resolver el enigma del origen de las partículas y aprender más sobre sus propiedades fundamentales..

Además, la comunidad de ciencias marinas y terrestres ha estado involucrada en el desarrollo de KM3NeT desde el principio. Las nuevas estaciones albergarán aún más sensores, incluida una cámara diseñada para detectar vida, detectores de radioactividad y un vehículo operado a distancia, que Coyle, quien actúa como portavoz del nuevo observatorio, en comparación con el robot Disney Wall-E. que será capaz de explorar el lecho marino y filmar lo que encuentre.

"El potencial de la ciencia interdisciplinaria y sinérgica con los observatorios marinos de alta mar con cableado es tremendo", dijo Coyle. "ANTARES ha sido pionero en el camino, y estoy seguro de que habrá muchas sorpresas en este frente".

Con los océanos absorbiendo enormes cantidades de calor y acidificando el dióxido de carbono, los cambios parecen casi seguros. Pero con estos observatorios de colaboración, los monitoreos actúan constantemente, como lo dijo Coyle, como "los guardianes del abismo", tal vez no serán una gran sorpresa..