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DAMPE (Wukong)

DAMPE (Wukong)

Puesto en órbita el observatorio chino de materia oscura DAMPE (CZ-2D)dampe1

Daniel Marín 21 dic 15

China ha puesto en órbita su primer observatorio espacial para detectar materia oscura. El 17 de diciembre de 2015 a las 00:12 UTC China lanzó el satélite DAMPE (Wukong) desde el complejo LC-43 (SLS-2) del centro espacial de Jiuquan mediante un cohete Larga Marcha CZ-2D (Y31). Este ha sido el 16º lanzamiento orbital de China en 2015.

Lanzamiento del DAMPE (Xinhua).dampe2

DAMPE (DArk Matter Particle Explorer) es un observatorio de rayos gamma y rayos cósmicos de 1900 kg (de los cuales 1400 kg corresponden a la carga útil) construido por la Academia de Ciencias de China. DAMPE ha sido bautizado como Wukong (悟空), que literalmente significa ‘rey mono’, en honor del famoso personaje mitología china, pero que al mismo tiempo es un juego de ideogramas que significa ‘conocer el espacio’. El objetivo principal de DAMPE es medir electrones y rayos gamma con alta resolución para poder detectar así la elusiva materia oscura. La mayoría de modelos teóricos preven que la materia oscura está formada por partículas ‘frías’ (o sea, que se mueven a bajas velocidades) y que interaccionan muy poco con la materia normal (partículas WIMPs). De acuerdo con algunos de estos modelos, las partículas de materia oscura podrían ser sus propias antipartículas y por lo tanto resultarían aniquiladas al encontrarse entre sí, emitiendo radiación y otras partículas de ‘materia normal’ en el proceso. Otros modelos sugieren que estas partículas de materia oscura se desintegrarían espontáneamente, también emitiendo partículas que pueden ser detectadas fácilmente desde la órbita terrestre en forma de rayos cósmicos. Así, aunque DAMPE no podrá detectar partículas de materia oscura, sí que en teoría podrá ver los productos de su desintegración.

Observatorio DAMPE (The DAMPE collaboration).dampe3

Además, DAMPE podrá detectar supernovas, púlsares y otras fuentes astrofísicas de alta energía. DAMPE incluye cuatro instrumentos: PSD (Plastic Scintillator Strips Detector), STK (Silicon-Tungsten Tracker), BGO (Bismuth Germanium Oxide Calorimeter) y NUD (Neutron Detector). El satélite será capaz de detectar rayos gamma y electrones con energías comprendidas entre 5 GeV y 10 TeV (con una resolución del 1,5% a los 100 GeV), así como rayos cósmicos con energías de 100 GeV a 100 TeV. DAMPE es un proyecto internacional nacido en 2011 que cuenta con la colaboración de Suiza e Italia. Este observatorio se une a otros detectores similares en órbita, como son el AMS-02 y el Calorimetric Electron Telescope, localizados en el exterior de la ISS. Pero a diferencia de estos, DAMPE explorará por primera vez los fotones y partículas en el rango de energías de teraelectrónvoltios (TeV). DAMPE, situado en una órbita polar de 500 kilómetros de altura, tendrá una vida útil de tres años como mínimo.

Detectores de DAMPE (The DAMPE collaboration).dampe4

Estructura del detector (The DAMPE collaboration).

Imagen de la carga útil de DAMPE (The DAMPE collaboration).

DAMPE (The DAMPE collaboration).

BEIJING, 23 marzo (Xinhua) — Los cazadores buscan en la oscuridad del universo sin saber cómo luce su presa ni cuándo ni dónde podría aparecer.

Sus mejores claves están ocultas en las cadenas de figuras y diagramas que entran en sus computadoras ubicadas en un edificio blanco que pasa desapercibido en el Observatorio de la Montaña Púrpura en el centro de Nanjing, capital de la provincia de Jiangsu, este de China. Las computadoras están recibiendo datos del Explorador de Partículas de Materia Oscura (DAMPE, por sus siglas en inglés), a 500 kilómetros de distancia en el espacio.dampe5

El científico que encabeza el programa DAMPE de China, Chang Jin, describe a la búsqueda de la masa desaparecida del universo al decir que «debe estar allí. Pero no sabemos si seremos lo suficientemente afortunados para atraparla o incluso para saber si se trata de un oso o de un conejo».

Los científicos creen que sólo cerca de 5 por ciento de la energía oscura del universo conocido está constituido de materia ordinaria –fotones, neutrones y electrones– y que la materia y energía oscuras constituyen el resto.

La materia oscura, como un fantasma en el universo, no emite ni refleja una radiación electromagnética suficiente para ser observada de manera directa, y es uno de los grandes misterios de la ciencia moderna.

La materia oscura, una teoría de los científicos incapaces de entender la masa desaparecida y la luz extrañamente curvada de las galaxias lejanas, es aceptada ampliamente en la comunidad de físicos a pesar de que su existencia nunca ha sido demostrada de forma concreta.

Por lo tanto, comprender la materia oscura nos daría una idea más clara sobre el pasado y futuro de las galaxias y del universo y sería revolucionario para las áreas de la física y de la ciencia espacial, dice Chang.

Comparativa entre DAMPE y otros detectores espaciales de rayos cósmicos y rayos gamma (The DAMPE collaboration).dampe6

El universo oculta bien sus secretos y los cazadores necesitan una buena «espada».

Los científicos comparan al DAMPE, llamado «Wukong» o «Rey Mono», con una espada que se mueve para alcanzar los restos dejados por el «fantasma» del universo usando el espectro de observación más amplio y el equipo de resolución de energía más alto de cualquier investigación en el mundo.

El satélite fue puesto con éxito en órbita el 17 de diciembre de 2015. Desde el lanzamiento, a Chang le preocupa a diario que sus 76.000 detectores pequeños funcionen apropiadamente, que los datos sean confiables y que la capacidad de almacenaje y de cálculo de la computadora sean suficientes.

DAMPE cuesta apenas una séptima parte del Telescopio Espacial FERMI de la NASA y una veinteava parte del detector de partículas AMS-02 a bordo de la Estación Espacial Internacional.

VISLUMBRAR AL «FANTASMA»

Cuando Chang empezó a trabajar en el Observatorio de la Montaña Púrpura en 1992, optó por especializarse en la observación de electrones de alta energía y en rayos gama porque ningún científico lo había hecho antes.dampe7

Sin embargo, eso requería equipo costoso que China no podía costear en la década de los 90. Así que Chang desarrolló un método nuevo y más barato para observar los electrones de alta energía y los rayos gama.

El investigador chino convenció a científicos estadounidenses de que incluyeran su método de observación en el programa ATIC, que liberó un instrumento transportado en un globo sobre la Antártida para medir la energía y la composición de los rayos cósmicos de fines del 2000 a principios del 2001.dampe8

El análisis de los datos reveló un excedente inesperado de electrones de alta energía que no podía ser explicado con el modelo estándar del origen de los rayos cósmicos, en el cual los electrones son acelerados en fuentes como restos de supernovas y después propagados a través de la galaxia.

Chang cree que el excedente posiblemente es resultado de la aniquilación de la materia oscura.

En los años siguientes, Chang y sus compañeros mejoraron su equipo y método, y realizaron otras tres observaciones sobre la Antártida.

Chang dedicó cerca de una década al análisis de los datos. Su esposa recuerda cómo entraba casi en trance cuando estaba en casa mientras murmuraba números extraños. Cuando le surgía una idea nueva, corría al laboratorio para escribir un programa para hacer el cálculo.

¿El excedente de los electrones de alta energía eran resultado de la aniquilación de la materia oscura? Los datos de ATIC no podían excluir la interferencia de otros cuerpos celestes. Como el globo está dentro de la atmósfera, las partículas de alta energía chocarían con la atmósfera y causarían bastante «ruido». Chang estaba convencido de que era necesario enviar una sonda al espacio para hacer una observación más clara.

En 2002, Chang solicitó por primera vez una aplicación para el desarrollo de una sonda espacial de materia oscura, pero no recibió respuesta. Lo intentó de nuevo en 2003 y de nuevo fracasó.

Durante esos años, Chang y su equipo participaron en el desarrollo de cargas científicas en la nave espacial china «Shenzhou» y en las sondas lunares Chang’e y ganaron muchos honores.

El científico siempre perseveró en su búsqueda solitaria de la materia oscura. Llevó a cabo innumerables cálculos y experimentos y modernizó tecnologías detalladas.

En 2008, Chang publicó como primer autor un artículo en la prestigiosa revista «Nature». En él presentó el descubrimiento del excedente anormal de electrones de alta energía. El descubrimiento fue considerado como uno de los avances de investigación importantes de la física ese año.

Los expertos dicen que de ser confirmada, la observación sería la primera evidencia de aniquilación de partículas de materia oscura descubierta por la humanidad. El hallazgo generó fervor a nivel mundial para detectar materia oscura.

En 2011, China inauguró un programa para desarrollar una serie de satélites científicos, incluido el DAMPE. El sueño de Chang se estaba haciendo realidad.

PROBANDO LA ESPADA

Desde que el explorador DAMPE fue puesto en órbita, los científicos han estado calibrando el satélite con el fin de producir datos más precisos.

«Ahora la carga parece perfecta, pero es insuficiente. Si la calibración resulta bien, las señales que buscamos surgirán de los datos», afirma Chang.

Wukong está enviando cerca de 20 gigavatios de datos al día. El diseñador del subsistema avanzado de procesamiento de datos DAMPE, Zang Jingjing, dice que todos los datos serán analizados por una computadora especial equipada con 128 CPUs con 10 núcleos.

«Una vez que sean calibrados, los detectores recabarán más datos útiles y eliminarán el ruido en las señales. Eso ahorrará bastante tiempo», dijo Zang.

«La precisión para detectar la dirección de las partículas que se aproximen puede ser de un centésimo del grosor de un cabello», ilustró Zang. «Eso indicará de dónde provienen las partículas. Si son de la materia oscura sabremos la ubicación de la misma».

La muestra del prototipo de las cargas de DAMPE ha sido llevada a CERN, la Organización Europea para Investigación Nuclear, en tres ocasiones para la calibración de rayos, la prueba de una buena «espada».

MARCANDO EL CAMINO

Fan Yizhong de 38 años de edad es el subjefe de diseño del sistema de aplicación científica de DAMPE. Él y su equipo son responsables de analizar las señales detectadas por DAMPE e identificar si son de materia oscura o de otro fenómeno astronómico interesante.

Cuando presentó la solicitud para un empleo en el observatorio en 2010 se le pidió que se incorporara a la investigación de la materia oscura porque el programa DAMPE estaba bajo deliberación.

Desde entonces ha estado obsesionado con la materia oscura. «Realmente es misteriosa. Lo que me atrae más es que no sabemos prácticamente nada de ella», comenta Fan.

El investigador está convencido de que el satélite puede hacer algunos hallazgos emocionantes ya sea sobre la materia oscura o sobre otro fenómeno astronómico, lo que conducirá finalmente a atrapar al fantasma del universo.

Satélite chino de materia oscura concluye misión de prueba en órbita

2016-03-21 15:00:32  CRI

La Academia de Ciencias de China (ACCh), dijo el viernes pasado que el primer satélite de detección de materia oscura de China completó tres meses de prueba en órbita, y se espera que los hallazgos iniciales se tengan a fines de este año.

El satélite Explorador de Partículas de Materia Oscura (Dampe) «Wukong» detectó 460 millones de partículas de alta energía en un vuelo de 92 días, y envió de regreso a la Tierra cerca de 2,4 terabytes de datos duros, dijo el científico en jefe de Dampe, Chang Jin.

Lanzado el 17 de diciembre de 2015 en un cohete Gran Marcha 2-D, el «Wukong» fue entregado hoy al Observatorio Montaña Púrpura de la ACCh.

Las cuatro partes principales de la carga –un detector de red centelleante plástico, un detector de red de silicio, un calorímetro BGO y un detector de neutrones– funcionaron satisfactoriamente. El satélite completó la serie total de pruebas, y sus indicadores técnicos alcanzaron o superaron las expectativas.

El «Wukong» fue diseñado para una misión de tres años. Explorará el espacio sin parar en todas direcciones en los dos primeros años y después, en el tercero, se enfocará en áreas donde es más probable observar materia oscura.

El Satélite Explorador de Partículas de la Materia Oscura (DAMPE, por sus siglas en inglés), bautizado «Wukong» por el nombre en chino mandarín del personaje del Rey Mono de la obra clásica china «Viaje al Oeste», fue lanzado el 17 de diciembre de 2015 a bordo de un cohete Gran Marcha 2-D desde el Centro de Lanzamiento de Satélites de Jiuquan.

Al igual que el Rey Mono, que puede ver a través de los objetos con sus ojos penetrantes, el satélite tiene los detectores más sensibles y precisos, especialmente diseñados para la materia oscura, que comenzaron a trabajar una semana después de que entrara en una órbita sincrónica al sol.

El científico jefe del DAMPE y subdirector del Observatorio de la Montaña Púrpura, Chang Jin, señaló que Wukong ha recogido más de 100 millones de partículas de alta energía, incluidos protones, partículas alfa y de rayos cósmicos y nucleidos.

Los científicos buscarán electrones de alta energía y rayos gamma entre dichas partículas, puesto que podrían ser residuos de la aniquilación o desintegración de materia oscura.

«Ahora la carga parece perfecta, pero no es suficiente. Si la calibración va bien, las señales que buscamos surgirán de entre los datos», dijo Chang.

La carga tiene cuatro partes principales: un detector de escintiladores en matriz de plástico, un detector de silicio en matriz, un calorímetro BGO y un detector de neutrones. En conjunto comprenden aproximadamente 76.000 detectores menores.

El diseñador jefe de aplicación científica de DAMPE, Wu Jian, explicó que la carga fue diseñada con una precisión muy alta, pero colisionar con rayos cósmicos cambiará el rendimiento de los detectores, por lo que necesitan calibración constante.

Wukong envió unos 20 GB de datos al día. El diseñador del subsistema de procesamiento de datos avanzado de DAMPE, Zang Jingjing, dijo que todos los datos serán analizados por un computador especial equipado con 128 CPU con 10 núcleos.

«Después de la calibración, los detectores recogerán los datos más útiles y eliminarán ruidos de las señales. Eso nos ahorrará mucho tiempo», dijo Zang.

La materia oscura, que no emite ni refleja radiación electromagnética que pueda ser observada directamente, es uno de los grandes misterios de la ciencia moderna. Explorar la materia oscura podría dar a los científicos una mejor comprensión del pasado y el futuro de las galaxias y el universo, y podría revolucionar los campos de la física y de la ciencia espacial.

Wukong está diseñado para llevar a cabo una misión de tres años, pero los científicos esperan que pueda durar cinco años. Rastreará el espacio sin interrupciones en todas las direcciones durante los dos primeros años y luego se centrará en las áreas en las que sea más probable que se observe la materia oscura. Los resultados iniciales serán publicadas en el segundo semestre de este año.

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