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Aunque la llamada fuente OP 313 se conocía a bajas energías, el primer telescopio LST del Cherenkov Telescope Array Observatory en La Palma (Canarias) la ha registrado por encima de los 100 gigaelectronvoltios, un nivel de energía mil millones de veces mayor que la luz visible que los humanos pueden percibir. Se trata del AGN o núcleo galáctico activo más distante observado hasta ahora.
El pasado 15 de diciembre, la Colaboración Large-Sized Telescope (LST) anunció a través de un telegrama del astrónomo (Astronomer’s Telegram, ATel) la detección de la fuente OP 313 a muy altas energías con el primero de sus telescopios, el LST-1, situado en la isla canaria de La Palma.
Se trata del primer descubrimiento científico de este telescopio, uno de los que tendrá el Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO), el primer observatorio terrestre de rayos gamma abierto a la comunidad científica con el instrumento más grande y sensible para explorar el universo a altas energías.
Aunque se conocía OP 313 a energías más bajas, nunca se había detectado por encima de los 100 gigaelectronvoltios (GeV) como ahora. Con estos resultados, esta fuente se convierte en el núcleo galáctico activo (AGN, por sus siglas en inglés) más distante jamás detectado por un telescopio Cherenkov.
Un AGN es una región compacta situada en el centro de una galaxia que emite una cantidad significativa de energía en todo el espectro electromagnético, con características que indican que la luminosidad no está producida por estrellas. Se cree que esa radiación no estelar es el resultado de la acreción de materia por un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia anfitriona.
OP 313 es un tipo de AGN conocido como cuásar de radio de espectro plano o FSRQ (Flat Spectrum Radio Quasar). Se trata de objetos muy luminosos que se encuentran en los centros de algunas galaxias, donde un agujero negro supermasivo devora material de su entorno, creando potentes discos de acreción y chorros de luz y partículas relativistas.
El LST-1 observó esta fuente entre el 10 y el 14 de diciembre, tras recibir una alerta del satélite Fermi-LAT que mostraba una actividad inusualmente alta en el rango de rayos gamma de baja energía, confirmada también en el rango óptico con diferentes instrumentos. Con solo cuatro días de datos, la colaboración LST pudo detectar la fuente por encima de los 100 GeV, un nivel de energía mil millones de veces mayor que la luz visible que los humanos pueden percibir.
“Cuando hay un aumento de la actividad en el rango óptico existe una alta probabilidad de que la emisión en muy altas energías también se incremente”, explica Jorge Otero-Santos, investigador en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y uno de los autores principales del análisis del LST-1, quien añade: “Esta correlación entre la emisión óptica y la gamma aún no se comprende bien. Este hecho, unido a la señal recibida por Fermi-LAT, nos llevó a tomar la decisión de observar OP 313 con el LST-1”.
En general, este tipo de AGN son muy difíciles de detectar a muy altas energías. Esto se debe no solo a que el brillo de su disco de acreción debilita la emisión de rayos gamma, sino a que, además, son objetos muy distantes. En este caso, OP 313 se encuentra unos ocho mil millones de años luz de distancia, lo que lo convierte en el AGN más distante y la segunda fuente más distante jamás detectada a muy altas energías.
Cuanto más distante es la fuente, más difícil es observarla a energías muy altas debido a la llamada Luz de Fondo Extragaláctica o EBL (conocida así por sus siglas en inglés). La EBL es el conjunto de luz emitida por todos los objetos fuera de la Vía Láctea que se expande a través de múltiples longitudes de onda, desde luz visible, infrarroja y ultravioleta.
La EBL interactúa con los rayos gamma de muy alta energía, atenuando su flujo y, por tanto, dificultando su observación. Las características del LST-1, con una sensibilidad optimizada para el rango de baja energía del CTAO, entre 20 y 150 GeV, donde los rayos gamma se ven menos afectados por la EBL, permitieron a la Colaboración LST ampliar el estudio de esta fuente a decenas de GeV por primera vez.
"Solamente se conocen nueve cuásares en energías muy altas, y ahora OP 313 es el décimo", indica Daniel Morcuende, investigador del IAA-CSIC y otro de los autores principales de los resultados del LST-1. "Dadas sus características, es una fuente muy interesante porque nos permitirá comprender mejor la EBL, estudiar los campos magnéticos dentro de este tipo de fuente o adentrarnos en la física intergaláctica fundamental", explica.
Es fundamental complementar esta detección en muy altas energías con observaciones en el resto de longitudes de onda. “Para ello se ha coordinado con el Observatorio de Sierra Nevada (OSN) un seguimiento del objeto en el rango óptico para caracterizar lo mejor posible su emisión en todo el espectro electromagnético”, declara Jorge Otero-Santos, coordinador de las observaciones ópticas de OP 313.
La Colaboración LST seguirá observando esta fuente con el LST-1 para ampliar el conjunto de datos y, así, obtener un análisis más preciso que permita a los científicos mejorar su comprensión de la EBL.
El Large-Sized Telescope (LST) es uno de los tres tipos de telescopios que se construirán para cubrir todo el rango de energía del CTAO (20 GeV - 300 TeV). Se instalarán cuatro LSTs en el centro del conjunto del hemisferio norte en La Palma, España, y se planean dos más en el conjunto del hemisferio sur. Estos telescopios están optimizados para cubrir la sensibilidad de baja energía entre 20 y 150 GeV. Cada LST es un telescopio gigante de 23 metros de diámetro con un área de espejo de unos 400 metros cuadrados y una cámara pixelada formada por 1855 sensores de luz capaces de detectar fotones individuales con alta eficiencia. Aunque el LST mide 45 metros de altura y pesa alrededor de 100 toneladas, es extremadamente ágil y tiene la capacidad de reposicionarse en 20 segundos para capturar señales breves de rayos gamma de baja energía. Tanto la rápida velocidad de reposicionamiento como el bajo umbral de energía proporcionado por los LST son fundamentales para los estudios de fuentes transitorias de rayos gamma en nuestra propia galaxia y para el estudio de núcleos galácticos activos y estallidos de rayos gamma con alto corrimiento al rojo. El prototipo del LST, el LST-1, está construido en CTAO-North y actualmente se encuentra en puesta en marcha. Se espera que se convierta en el primer telescopio del CTAO una vez que se complete su puesta en servicio y haya sido aceptado oficialmente.
La Colaboración LST está formada por más de 400 científicos e ingenieros de 67 instituciones diferentes en doce países. Las operaciones y el mantenimiento del telescopio, así como la toma de datos, el análisis y las publicaciones técnicas y científicas, solo son posibles gracias al esfuerzo colaborativo de toda la Colaboración LST.
Por su parte, el Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) será el primer observatorio terrestre de rayos gamma abierto a la comunidad científica y el instrumento más grande y sensible del mundo para la exploración del Universo a altas energías. La precisión incomparable y el amplio rango de energía (20 GeV-300 TeV) del CTAO proporcionarán conocimientos novedosos sobre los eventos más extremos y poderosos del Cosmos, abordando cuestiones dentro y fuera de la astrofísica que se enmarcan en tres temas principales: Comprender el origen y el papel de las partículas cósmicas relativistas, estudiar los entornos extremos (como agujeros negros y estrellas de neutrones) y explorar fronteras en la física (como la naturaleza de la materia oscura). Para ello, el CTAO utilizará tres tipos de telescopios: los Large-Sized Telescopes (LST), los Medium-Sized Telescopes (MST) y los Small-Sized Telescopes (SST). Más de 60 telescopios se distribuirán entre dos conjuntos de telescopios: CTAO-Norte en el hemisferio norte en el Observatorio del Roque de los Muchachos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) en La Palma (España), y CTAO-Sur en el hemisferio sur cerca del Observatorio de Paranal del Observatorio Europeo Austral (ESO) en el desierto de Atacama (Chile).
La sede del CTAO está alojada en el Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) en Bolonia (Italia), y el Centro de Gestión de Datos Científicos (SDMC) está alojado en el Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) en Zeuthen (Alemania). El CTAO también será el primer observatorio de su tipo abierto a las comunidades científicas de todo el mundo como recurso para obtener datos de observaciones astronómicas únicas y de alta energía.
El consorcio CTA-Spain, formado por once instituciones españolas (como el IAA) y 115 investigadores y tecnólogos, es uno de los principales contribuyentes a la construcción del Observatorio CTAO.
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