IceTop es el componente en superficie del Observatorio de Neutrinos IceCube. Originalmente, se pensó como apoyo para la búsqueda de neutrinos en IceCube, pero IceTop también está diseñado como un poderoso detector de rayos cósmicos.
IceTop consta de una matriz con 81 estaciones que se expanden en un kilómetro cuadrado sombre el hielo de la Antártida. Cada estación está localizada sobre una de las cuerdas o cadenas de IceCube, y contiene dos tanques de agua congelada, cada uno equipado con dos sensores de IceCube o módulos de óptica digital.
Los rayos cósmicos son partículas cargadas de alta energía que golpean la Tierra constantemente y desde todas direcciones. Se originan en el espacio exterior y viajan casi a la velocidad de la luz. La mayoría de ellos son núcleos atómicos, principalmente protones, pero también incluyen electrones, positrones, y otras partículas subatómicas.
Cuando estas partículas entran en la atmósfera, interactúan, produciendo una cascada atmosférica de partículas secundarias que llegan a la superficie de la Tierra. IceTop fue diseñado para detectar partículas cargadas secundarias en cascadas de rayos cósmicos. La detección de varias partículas de la misma cascada en IceTop permite estimar la energía y dirección de los rayos cósmicos incidentes.
IceTop puede detectar rayos cósmicos con energías entre aproximadamente 100 TeV a 1EeV. Ya sea como un detector independiente o junto con IceCube, esta matriz de detectores en la superficie nos puede dar información acerca del espectro de rayos cósmicos de alta energía, su composición (es decir, la proporción de protones o núcleos mas pesados en el flujo de rayos cósmicos), y la distribución de la dirección de llegada de los rayos cósmicos.
¿Qué podemos aprender de los rayos cósmicos?
¿Sabías que las partículas con más alta energía jamás vistos son los rayos cósmicos? Pueden llegar a tener energías por encima de 1020 eV, lo cual es equivalente a la energía cinética de una pelota de béisbol viajando a unos 160 kilómetros por hora. Es más, si la pelota de béisbol pudiera ser acelerada como los rayos cósmicos, ¡tendría suficiente energía para cubrir las necesidades energéticas de la población de la Tierra durante un millón de años!
Al mismo tiempo que aprendemos más acerca de los rayos cósmicos, estamos explorando los ambientes más extremos de nuestro universo. Sin embargo, los rayos cósmicos están cargados eléctricamente y son desviados por campos magnéticos en nuestra galaxia y más allá. Estos campos hacen que la dirección de llegada de los rayos cósmicos sea aleatoria y, por consiguiente, no nos dan a conocer su origen.
Los rayos cósmicos galácticos se originan en fuentes de la Vía Láctea. Al ser partículas con carga, producen radiación electromagnética que puede ser seguida a lo largo de sus trayectorias a través de nuestra galaxia. Por ejemplo, sabemos que los restos de una supernova, como la Nebulosa del Cangrejo, son la fuente de rayos cósmicos gracias a la radiación emitida por los electrones de los rayos cósmicos que se mueven en espirales en los campos magnéticos de esta nebulosa.
Los científicos han teorizado que otros objetos cósmicos, dentro o fuera de nuestra galaxia, podrían producir rayos cósmicos de muy alta energía. La mayoría de estas teorías no han sido aún demostradas. De hecho, se sabe muy poco acerca de los orígenes o de las propiedades de los rayos cósmicos de muy alta energía, especialmente aquellos de origen extra galáctico, los cuales son muy poco comunes (ver figura superior).
Detectores inmensos, como IceTop y IceCube, pueden observar cantidades importantes de estos sucesos cada año para estudiar las propiedades de los rayos cósmicos de muy alta energía. IceCube también busca sus fuentes con los neutrinos.
