Cómo funciona el detector de rayos cósmicos argentino que monitorea la atmósfera en la Antártida

La ciencia argentina alcanzó un nuevo hito en la exploración polar. Un equipo del CONICET, la Universidad de Buenos Aires y el Instituto Antártico Argentino demostró que el detector de rayos cósmicos Neurus, instalado en la Base Antártica Conjunta Marambio, es capaz de monitorear la atmósfera terrestre con precisión inédita.

“En este estudio utilizamos un detector en la Antártida para medir los rayos cósmicos e investigar su relación con los cambios atmosféricos. Observamos una fuerte correlación entre los niveles de rayos cósmicos y la presión atmosférica a unos 15 km de altitud”, afirmó Sergio Dasso, investigador del CONICET y uno de los autores principales.

El trabajo fue publicado en la revista Earth and Space Science de la American Geophysical Union.

Qué son los rayos cósmicos

Los rayos cósmicos son partículas subatómicas que atraviesan el espacio a velocidades cercanas a la luz. Cuando impactan contra la atmósfera, producen una cascada de partículas secundarias que alcanzan la superficie.

El origen de los rayos cósmicos es diverso y aún están en investigación: algunos provienen de nuestro propio Sol, especialmente los de menor energía, pero los más energéticos se cree que se generan en eventos extremos como explosiones de supernovas, estrellas de neutrones o núcleos activos de galaxias fuera de la Vía Láctea. De hecho, los rayos cósmicos más energéticos detectados en la Tierra tienen una energía millones de veces superior a la que se puede alcanzar en los aceleradores de partículas creados por el ser humano.

Estos rayos cósmicos tienen gran importancia para la física y la astronomía, ya que su estudio permite investigar tanto los procesos más extremos del universo como las características de la atmósfera terrestre.

“Desarrollamos un modelo para estimar la presión atmosférica de la baja estratósfera utilizando datos del detector a nivel del suelo. Este enfoque ofrece un método práctico y rentable para monitorear una región clave como la Antártida, cuyo comportamiento resulta fundamental para los procesos atmosféricos globales”, explicó Dasso en un comunicado del CONICET.

El detector Neurus fue construido íntegramente en los laboratorios espaciales del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA). El dispositivo consiste en un tanque de agua ultrapura equipado con un fotomultiplicador capaz de detectar y amplificar los destellos de radiación Cherenkov que generan las partículas cargadas al atravesar el agua a velocidades superiores a la luz en ese medio.

“El sistema electrónico de adquisición de datos es de frontera, ya que permite medir cuántas partículas llegan y qué energía deposita cada una, capturando la ‘huella digital’ de la partícula observada”, detalló Noelia Santos, primera autora del estudio y doctora en Ciencias de la Atmósfera.

Actualmente, el detector registra unas 600.000 partículas por hora. Debido al gran volumen de información y a las restricciones de conectividad en la Antártida, los datos se almacenan localmente y solo una síntesis procesada se transmite en tiempo real al continente.

El sistema incorpora tecnología de precisión: cada evento queda registrado con una marca temporal de 10 nanosegundos gracias a la sincronización por GPS y electrónica basada en FPGA.

Expansión del monitoreo y validación en bases antárticas

Desde 2024, el proyecto opera con un segundo nodo en la Base San Martín, ubicada a unos 700 kilómetros de Marambio.

“Aunque el análisis de estos datos está en curso, los resultados preliminares son muy prometedores. La comparación entre ambos observatorios nos permitirá validar modelos y estudiar la dinámica de la radiación en diferentes puntos de la península antártica”, señaló Dasso.

La coordinación y despliegue del sistema requirió campañas logísticas y la participación activa de investigadores como Matías Pereira, Lucas Rubinstein, Omar Areso, Javier Arellana y Adriana Gulisano. El desarrollo tecnológico incluyó la mejora de diseños previos y la colaboración con el Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos para adaptar el detector a las condiciones extremas del continente blanco.

Neurus integra la colaboración internacional LAGO (Latin American Giant Observatory), una red de detección que conecta proyectos desde México hasta la Antártida y que derivó del Observatorio Pierre Auger, en Mendoza.

“Formar parte de una red latinoamericana nos permite compartir información con colegas de la región y potenciar la comprensión de fenómenos atmosféricos extremos”, destacó Santos.

El desarrollo del detector Neurus es pionero en la región. Según explicó Santos, no existen otros observatorios de estas características operando actualmente en suelo antártico. “Los resultados consolidan una perspectiva innovadora: el uso de los rayos cósmicos como sensores ambientales de precisión, abriendo nuevas vías para monitorear y entender mejor componentes antárticas de la circulación global y los desafíos que plantea la evolución del clima desde la física de frontera”, agregó.

Dasso concluyó: “Este trabajo es la culminación de un camino institucional que comenzó hace más de 15 años, cuando nuestro grupo en el IAFE impulsó la instalación de detectores de rayos cósmicos en bases antárticas argentinas”.