Las observaciones conjuntas realizadas por el prototipo Large-Sized Telescope (LST-1) y los telescopios MAGIC, situados en el Observatorio del Roque de los Muchachos en La Palma, han registrado con éxito un flujo de fotones de muy alta energía procedentes del blázar OP 313. La investigación, publicada el 15 de agosto en la revista científica Astronomy & Astrophysics por la Colaboración LST del CTAO y la Colaboración MAGIC, documenta la detección de la fuente de este tipo más distante conocida hasta la fecha, situada a una distancia aproximada de ocho mil millones de años luz.

Origen de las observaciones y contexto cosmológico de la fuente

Este trabajo da continuidad a la detección inicial en muy altas energías efectuada por el LST-1 en diciembre de 2023, la cual fue comunicada en su momento a la comunidad científica a través de un Astronomer’s Telegram (ATel). Los blázares son núcleos galácticos activos caracterizados por un brillo extremo, alimentados en su centro por un agujero negro supermasivo. En el caso de OP 313, el objeto se clasifica específicamente como un cuásar de radio de espectro plano, una tipología que se sitúa entre las fuentes emisoras más potentes del Universo.

La emisión captada por los instrumentos tuvo su origen en una etapa de transición cosmológica. Hace unos 11.000 millones de años, el Universo atravesó el periodo conocido como Mediodía Cósmico, caracterizado por una intensa tasa de formación estelar y galáctica. Conforme dicha fase decayó y las estructuras galácticas alcanzaron su maduración, el cosmos entró en una fase de menor actividad que perdura en la actualidad. Fue al comienzo de este periodo más estable cuando OP 313 generó el estallido de rayos gamma de muy alta energía que ha alcanzado los detectores terrestres.

Interacción con la luz de fondo extragaláctica y producción de pares

A lo largo de los ocho mil millones de años que los rayos gamma tardaron en cruzar el espacio intergaláctico, la radiación interactuó de manera continua con la luz de fondo extragaláctica (EBL, por sus siglas en inglés), un campo de radiación acumulado y emitido por los diversos objetos cósmicos a lo largo de la historia del Universo.

Esta interacción genera una atenuación progresiva de la señal mediante el fenómeno físico denominado producción de pares. Al colisionar los fotones gamma de muy alta energía con los fotones de la EBL, la energía se convierte en pares de partículas materiales, concretamente un electrón y un positrón. Como consecuencia directa de este proceso, el flujo original de rayos gamma sufre una reducción constante a medida que aumenta la distancia recorrida, lo que exige la intervención de instrumentos astronómicos dotados de una sensibilidad excepcional para su registro.

El mecanismo de aceleración leptónico en el chorro del agujero negro

El análisis coordinado de los datos de LST-1 y MAGIC, complementado con mediciones de menor energía obtenidas por otras instalaciones astronómicas, permitió establecer restricciones estrictas sobre la densidad de la EBL y evaluar la variabilidad del flujo detectado. Los resultados determinaron que la intensa emisión de rayos gamma fue generada por una densa población de electrones relativistas.

Dentro de este modelo, catalogado como escenario leptónico, los electrones son acelerados a velocidades próximas a la de la luz en el interior de un chorro de plasma expulsado por el agujero negro supermasivo de OP 313. Al interactuar con la luz de menor energía presente en las inmediaciones del agujero negro, los electrones transfieren parte de su energía cinética a los fotones, elevándolos al rango de los rayos gamma de muy alta energía.

Respecto al alcance del estudio, Mireia Nievas Rosillo, investigadora del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y autora de correspondencia del trabajo, señala: “Cada nueva detección de objetos muy lejanos, cuya luz ha tardado miles de millones de años en llegar hasta nosotros, abre una nueva ventana para estudiar la luz de fondo extragaláctica y comprender cómo ha evolucionado el cosmos. Estas observaciones nos acercan a la época de máxima formación estelar cósmica. Con el inicio de las operaciones del CTAO previsto para los próximos años, esto es solo el principio”.

Puesta en marcha del LST-1 y ampliación de la red en La Palma

El telescopio LST-1 opera como el prototipo de los Large-Sized Telescopes dentro del emplazamiento CTAO-Norte en el Roque de los Muchachos. La consecución de este récord de distancia mientras el instrumento se encuentra en periodo de puesta en marcha corrobora su capacidad operativa y rendimiento técnico.

El desarrollo de las instalaciones continuará el próximo 15 de octubre de este año, fecha en la que la Colaboración LST inaugurará oficialmente la subred completa en La Palma con la incorporación de tres telescopios adicionales de la misma clase. Este conjunto tendrá como objetivo situar la sensibilidad de baja energía del CTAO en el umbral de los 20 gigaelectronvoltios (GeV), lo que posibilitará expandir el horizonte de observación de rayos gamma y analizar fenómenos de radiación extrema a distancias cósmicas no alcanzadas con anterioridad.