Físicos de Russia y Armenia probaron el telescopio compacto SAFT y demostraron que incluso un sistema pequeño con lentes de solo 25 cm de diámetro puede registrar rastros de rayos cósmicos de energías ultraaltas. El desarrollo fue probado por científicos del Instituto de Investigación Científica de Física Nuclear de la MSU y el Instituto de Física de Ereván A. I. Alikhanyan.
El experimento se llevó a cabo en la estación de alta montaña Aragats en Armenia, a una altitud de 3200 metros sobre el nivel del mar.
Se trata de rayos cósmicos de energías ultraaltas. Cuando una partícula de este tipo entra en la atmósfera terrestre y choca con átomos de gas, se produce una cascada de partículas secundarias, la llamada lluvia atmosférica extensa.
El telescopio SAFT no detecta las partículas directamente, sino el débil resplandor ultravioleta de las moléculas de nitrógeno. Este aparece cuando una cascada de partículas de este tipo atraviesa la atmósfera.
Normalmente, para este tipo de observaciones se utilizan instalaciones grandes. Por ejemplo, el Telescope Array estadounidense utiliza espejos con una superficie de unos 10 m².
El grupo ruso-armenio, dirigido por Pavel Klimov, tomó un camino diferente: los científicos hicieron el sistema más compacto y ligero. En lugar de espejos enormes, utilizaron lentes de Fresnel hechas de un polímero especial que transmite la luz ultravioleta.
Este enfoque permite crear detectores móviles. Se pueden utilizar para calibrar complejos terrestres, así como a bordo de estaciones orbitales.
La principal dificultad de un telescopio pequeño es la señal débil. Los destellos útiles casi se ahogan en el ruido, por lo que es muy difícil distinguir un evento real de una interferencia.
Para resolver este problema, los investigadores aplicaron el aprendizaje automático profundo. Las redes neuronales convolucionales ayudaron a separar los destellos atmosféricos reales de las señales falsas que surgen cuando los protones inciden directamente en el fotorreceptor del telescopio.
Según los autores del trabajo, el sistema pudo hacerlo con una precisión del cien por cien. Como resultado, el procesamiento automático identificó de forma fiable más de 15 eventos con energías en el rango de 10¹⁷–10¹⁸ eV. Esto corresponde a las expectativas teóricas.
Las pruebas fueron un paso importante para futuras misiones espaciales, incluido el proyecto ERA — Extreme Relativistic Astrophysics. Los científicos también confirmaron la operatividad de la electrónica y el esquema óptico, que inicialmente se desarrollaron para los satélites de la serie "Lomonosov" y el detector orbital "UV-atmósfera".
Si se colocan instrumentos similares en el espacio, podrán observar grandes áreas de la atmósfera terrestre. De hecho, todo el planeta podría convertirse en un detector gigante para buscar las partículas más energéticas del universo.
En el futuro, los investigadores planean integrar estos pequeños telescopios en el observatorio Taiga-100 que se está construyendo en Siberia. Allí, los módulos ópticos compactos trabajarán junto con matrices Cherenkov y de centelleo. Este sistema híbrido ayudará a estudiar con mayor precisión las partículas que provienen de las fuentes cósmicas más potentes: agujeros negros supermasivos y núcleos de galaxias distantes.
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