División de Astrofísica de partículas del CIEMAT

La División de Astrofísica de Partículas del CIEMAT se creó en el 2001 desgajándose del grupo original de Física de Partículas. Dentro del campo de la Física Fundamental por medio de la observación y medida de procesos astrofísicos de alta energía, el CIEMAT participa en experimentos relacionados con la observación de los rayos cósmicos (experimento AMS de la Estación Espacial Internacional), el estudio de la radiación interestelar a través de la observación de galaxias y supernovas (proyecto Estallidos), el estudio de la aceleración aparente del Universo (experimento DES) y la comprensión de la formación de estructuras en el Universo con el tiempo (experimento PAU); además participa en la construcción de una gran instalación de detección de radiación cósmica gamma con una sensibilidad de un orden de magnitud mayor que la de las instalaciones actuales(proyectos CTA, MAGIC). Por otro lado, las enormes y complejas necesidades de cómputo asociadas con la recogida y procesamiento de datos en estas áreas de la ciencia también centra al CIEMAT en actividades relacionadas con el desarrollo e implementación de tecnologías GRID, en principio para experimentos de física de partículas, pero trasladables a otros entornos científicos.

Dentro de esta línea el CIEMAT trabaja en las siguientes campos:

  • Experimento AMS en la Estación Experimental Internacional
  • Estudio de la radiación interestelar
  • Experimentos de Energía Oscura
  • Construcción de instalaciones de detección de radiación cósmica gamma
  • Desarrollo de nuevas técnicas informáticas

Los proyectos en los que participa actualmente son:

1.- AMS-02 La razón de la creación de la división de Astrofísica de partículas fue iniciar una nueva línea de investigación con la participación en el experimento AMS, Espectrómetro Electromagnético, diseñado para operar como módulo externo de la Estación Espacial Internacional, donde está instalado desde mayo de 2011. Los objetivos de AMS-02 son la búsqueda de antimateria y de la materia oscura, así como la obtención de datos de precisión de flujo y composición de los rayos cósmicos. El instrumento consta de varios detectores y subdetectores. El grupo del CIEMAT ha participado en el diseño, la construcción y desarrollo del sub-detector Ring Cherenkov. Las responsabilidades del CIEMAT incluían el diseño, la caracterización y la adquisición del radiador, los foto-multiplicadores y las guías de luz; el diseño, fabricación y calificación espacial del sistema de adquisición de datos, la electrónica de alto y bajo voltaje, el ensamblaje total de este sub-detector en una sala limpia del CIEMAT y, junto con el resto del detector en el CERN, la puesta a punto del detector. El CIEMAT también ha tenido un papel líder en el análisis de las pruebas de haz del acelerador para este sub-detector, y en el desarrollo del software asociado para la simulación y reconstrucción de los datos. AMS-02 está actualmente en fase de recogida y análisis de datos.

2.- Astrofísica de rayos gamma de alta energía: El grupo está involucrado en las operaciones del telescopio MAGIC y en las actividades previstas de investigación y desarrollo para el próximo proyecto CTA, el siguiente hito importante del campo. El CIEMAT tiene amplia experiencia técnica en los detectores previstos (foto-multiplicadores, detectores de silicio), tanto como en laboratorios para el espacio e instalaciones para realizar tales desarrollos.

3.- Evolución de galaxias: Algunos miembros de la UAP están participando también en el proyecto “Estallidos y su huella en la evolución cósmica de las galaxias”, dedicado al estudio observacional y teórico de la formación estelar en brotes masivos dentro de las galaxias y el impacto de estos brotes en sus propiedades morfológicas y espectro-fotométricas. Uno de los objetivos de este proyecto es calcular modelos capaces de predecir las distribuciones espectrales de energía (y las magnitudes y colores de las bandas de continuo derivadas de ellas) que tendrán las galaxias a lo largo de su evolución en el tiempo o con el corrimiento al rojo. El grupo también trabaja en la evolución química de galaxias, y en este momento con especial énfasis en las galaxias anfitrionas de SN-Ia, tema directamente relacionad con los proyectos paralelos de Cosmología de la división. El proyecto ha formado parte a su vez del CONSOLIDER-Ingenio 2010 “Primera Ciencia con GTC” (2005-2012).

4.- Cosmología: A partir de 2006 se inició una nueva línea de investigación sobre cosmología por parte de algunos miembros de la UAP con el proyecto “Dark Energy Survey” (DES), cuyo objetivo es el estudio de la energía oscura y que está financiado por el Plan Nacional de Astronomía y Astrofísica. El grupo está involucrado, desde el punto de vista de la construcción, en el diseño, construcción y pruebas de la electrónica asociada al proyecto, y, desde el punto de vista de científico, en el análisis de las propiedades de la energía oscura usando principalmente correlaciones angulares y en la línea de visión. La productiva colaboración del grupo DES-Spain (CIEMAT, IFAE y ICE/IEEC) dió lugar en 2007 a la propuesta del proyecto PAU (“Physics of the Accelerating Universe”) junto con algunos otros grupos españoles. Este proyecto pretende un nuevo cartografiado de galaxias, basado en medidas del corrimiento al rojo fotométrico a partir de muchos filtros en banda estrecha. Su objetivo es el estudio de las propiedades de la energía oscura usando, principalmente, BAO tanto en las medidas angulares como a lo largo de la línea de visión. Esta propuesta ha sido financiada con el programa Consolider-Ingenio 2010 del año 2007, y el grupo del CIEMAT es responsable del diseño, producción y pruebas de la electrónica de lectura de los CCDs en el setup así como de la calibración de los filtros y de la explotación científica de los datos, siguiendo la línea abierta con el proyecto DES.

5.- Desarrollo de nuevas técnicas de Cálculo y Programación: Transversalmente a las actividades anteriormente descritas, se han incorporado desarrollos informáticos basados en Inteligencia Artificial, Minería de datos y Programación Paralela a las herramientas de simulación y análisis de la división. Como ejemplos de estos desarrollos cabe citar: la creación de códigos en GPU de análisis de “Two-Point Angular Correlation Function” y de “Shear-Shear Correlation Function” y el uso de técnicas de Inteligencia Artificial para el ajuste de velocidades de curvas de rotación de galaxias espirales a funciones predeterminadas, o el ajuste de espectros galácticos con patrones de espectros estelares.

Proyectos Financiados en los que se participa

• Estallidos y su huella en la evolución cósmica de las galaxias (AYA2010-21887 C04-02)

• Primera Ciencia con GTC ( CONSOLIDER INGENIO CSD2006-00070)

• AMS

• CTA Construcción de instalaciones de detección de radiación cósmica gamma

• Centro de procesado de datos de colisiones hadrónicas del LHC: Tier-2 federado para el experimento CMS (FPA2007-66530-C02-02)

• EGI-Inspire (CP& CSA del FP7 de la EU Contrato núm. 261323)

• PAU Physics of the Accelerating Universe (PAU) CSD 2007-00060

• Cosmología y física fundamental con cartografiados extragalácticos FPA2012-39684-C03-03

FORMACIÓN

Respecto a las actividades de formación muchos de los miembros del grupo forman parte de los equipos docentes que imparten o han impartido cursos de doctorado y master en los Programas de Doctorado de las Universidad Autónoma y Complutense de Madrid, en las áreas de Astrofísica y Cosmología y en la de Física Fundamental.

TESIS PRESENTADAS (últimos 5 años):

    • 1. Ana Sofía Torrentó Coello (AMS, 2007)
    • 2. Maria Teresa Costado (AMS)
    • 3. Aurelio Carnero Rosell (DES, 2011)
    • 4. Cristina de la Guía González (AMS, 2012)
    • 5. David Crespo Roces (AMS, 2012)

TESIS CO-DIRIGIDAS:

    • 6. Maria Teresa Costado (AMS/MAGIC, 2009)
    • 7. Josefa Becerra (MAGIC, 2011)
    • 8. Alicia Diago (AMS/MAGIC, 2012)
    • 9. Mariluz Martín Manjón (Estallidos, 2009)
    • 10 Marta Gavilán Bouzas (Estallidos, 2009)

TESIS EN PREPARACIÓN:

    • 1. Ignacio Cernuda (AMS, 2013)
    • 2. Julia Campa (DES, 2013)
    • 3. Rafael Ponce (DES, 2014)
    • 4. Bruno García (AMS, 2014)
    • 5. Isabel Rodríguez (AMS, 2015)
    • 6. Manuel Emilio Moreno (Estallidos, 2015)
    • 7. Francisco Javier Sánchez (DES, 2015)
    • 8. Miguel Ángel Velasco (AMS, 2017)
    • 9. Miguel Cárdenas Montes (GRID,2012)
    • 10. Juan José Rodríguez Vázquez (GRID,2014)

Artículos publicados (últimos 5 años):

1. Obreja, A., Domínguez-Tenreiro, R., Brook, C., et al. 2013, ApJ, 763, 26

2. Husemann, B., Jahnke, K., Sánchez, S.F., et al. 2013, A&A, 549, A87

3. Mollá, M., & Terlevich, R. 2012, MNRAS, 425, 1696

4. Pilkington, K., Few, C.G., Gibson, B.K., et al. 2012, A&A, 540, A56

5. Martín-Manjón, M.~L., Mollá, M., Díaz, A.I., & Terlevich, R. 2012, MNRAS 420, 1294

6. Pérez-Montero, E., Víchez, J.~M., Cedrés, B., et al. 2011, A&A, 532, A141

7. Dilday, B., Bassett, B., Becker, A., et al. 2010, ApJ 715, 1021

8. Cantin, S., Robert, C., Mollá, M., & Pellerin, A. 2010, MNRAS, 404, 811

9. Martín-Manjón, M.L., García-Vargas, M.L., Mollá, M., & Díaz, A.I. 2010, MNRAS, 403, 2012

10. Dilday, B., Smith, M., Bassett, B., et al. 2010, ApJ, 713, 1026

11. Mollá M., García-Vargas, M.~L., & Bressan, A. 2009, MNRAS, 398, 451

12. Edwards, L.O.V., Robert, C., Mollá, M., & McGee, S.L. 2009, MNRAS, 396, 1953

13. Martínez-Serrano, F.J., Serna, A., Domínguez-Tenreiro, R., & Mollá, M. 2008, MNRAS 388, 39

14. Martín-Manjón, M.L., Mollá, M., Díaz, A.I., & Terlevich, R. 2008, MNRAS, 385, 854

15. Cárdenas-Montes, M. et al. New Computational Developments in Cosmology , Ibergrid, 2012

16. Cárdenas-Montes, M. et al. Adjustment of Observational Data to Specific Functional Forms Using Particle Swarm Algorithm and Differential Evolution: Rotational Curves of Spiral Galaxy as Case Study , Astrostatistics and Data Mining, Springer Series in Astrostatistics, 2011

17. Abbott, T.; Abdalla, F.; Achitouv, I. et al. 2013 ATel 4668

18. Carnero, A.; Sánchez, E.; Crocce, M. et al. 2012 MNRAS 419, 1689

19. Aguilar, M.; Alcaraz, J.; Allaby, J. et al. 2011 ApJ 736, 105

20. Crocce, M.; Gaztañaga, E.; Cabré,A. et al. 2011 MNRAS 417, 2577

21. Sánchez, E.; Carnero, A.; García-Bellido, J. et al. 2011 MNRAS 411, 277

22. Aguilar, M.; Alcaraz, J.; Allaby, J. et al. 2010 ApJ 724, 329

23. Cernuda, I 2010 APh 34,59

24. Benítez, N.; Gaztañaga, E.; Miquel, R. et al. 2009 ApJ 691, 241

25. Alcaraz, J.; Alpat,B.; Ambrosi,G. et al. 2008 NIMA 593,376