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Astronomía y Astrofísica

Los gemelos MAGIC detectan la emisión de rayos gamma más lejana

La pareja de telescopios MAGIC ha descubierto desde La Palma, en Canarias, la fuente de rayos gamma más distante encontrada hasta ahora en el universo, emitida hace más de 7.000 millones de años. Llegó desde el remoto cuásar QSO B0218 + 357, que se ha podido observar gracias a la lente gravitacional que produjo una galaxia situada entre este objeto y la Tierra, un fenómeno predicho por la teoría de la relatividad de Einstein.

Los telescopios idénticos MAGIC operan en el Observatorio del Roque de los Muchachos de La Palma. / Daniel Lopez/IAC

Científicos de la colaboración internacional de los telescopios MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescope), localizados en el Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla canaria de La Palma, han detectado la emisión de rayos gamma más distante encontrada hasta la fecha.

Hace más de 7.000 millones de años se produjo la potente explosión de rayos gamma en el cuásar QSO B0218 + 357

La emitió el cuásar QSO B0218 + 357, una fuente astronómica muy compacta y energética asociada a un agujero negro supermasivo en una remota galaxia. Hace más de 7.000 millones de años en este objeto se produjo la gigantesca explosión que originó la potente ráfaga de rayos gamma, la luz más energética que se conoce.

El descubrimiento se publica ahora en la revista Astronomy & Astrophysics y ha sido posible gracias al curioso fenómeno de lente gravitacional –predicho por la teoría de la relatividad general de Einstein–, en el que la luz de un emisor se desvía y ‘repite’ por la presencia de una galaxia muy masiva localizada entre la fuente y la Tierra, en este caso.

En su largo viaje hasta nuestro planeta, los fotones del cuásar llegaron mil millones de años después cerca de una galaxia intermedia llamada B0218+357G. Al pasar y ser desviados, los fotones que viajaban por el camino más corto llegaron finalmente a la Tierra el 14 de julio de 2014 y se observaron desde el espacio con el Large Area Telescope del satélite Fermi, que cartografía todo el cielo cada tres horas.

Esquema del viaje de los rayos gamma desde el cuásar QSO B0218 + 357 hasta la Tierra, con la galaxia intermedia que actúa de lente gravitacional. / IAC

La detección de este estallido de rayos gamma alertó a la comunidad astronómica internacional y los telescopios de todo el mundo apuntaron a QSO B0218 + 357 para averiguar qué había ocurrido en esa lejana explosión cósmica. También los astrónomos de los telescopios MAGIC intentaron observarlo, pero en ese momento había luna llena en La Palma e impidió su funcionamiento.

Sin embargo, el equipo tuvo una segunda oportunidad. A partir de las mediciones del cuásar realizadas por el telescopio espacial Fermi y otros radiotelescopios en 2012, los científicos sabían que los fotones que viajan a lo largo del camino más largo deberían llegar unos 11 días más tarde.

Una segunda oportunidad permitió el hallazgo

"En otras palabras, la naturaleza nos daría una segunda oportunidad para observar el mismo fenómeno", afirma el miembro de la Colaboración MAGIC Julian Sitarek, director del estudio, investigador de la Universidad de Łódz (Polonia) y antiguo miembro del Institut de Fisica d'Altes Energías (IFAE) en Barcelona cuando se inició este proyecto.

La observación de la señal retardada ha mostrado, por primera vez, que los fotones muy enérgicos también son desviados como dice la relatividad general

"Cuando llegó el momento, los telescopios MAGIC apuntaron a QSO B0218 + 357 y, de acuerdo con la estimación, pudimos observarlo, convirtiéndose en el objeto más distante detectado en rayos gamma de muy alta energía hasta la fecha", destaca el experto. A esto se le suma la dificultad de que este tipo de emisiones tienen bastante probabilidad de perderse durante el proceso, al interactuar con los numerosos fotones de baja energía emitidos por galaxias y estrellas.

El proyecto MAGIC, en el que participa el Instituto de Astrofísica de Canarias, consiste en dos telescopios Cherenkov (detectores de rayos gamma de muy alta energía) de 17 m de diámetro. Actualmente son uno de los tres principales instrumentos de este tipo en el mundo. Está diseñado para detectar rayos gamma de decenas de miles de millones a decenas de billones de veces más energéticos que la luz visible. Su construcción y explotación científica es el fruto de una gran colaboración internacional en la que participan cerca de 160 investigadores de Alemania, España, Italia, Suiza, Polonia, Finlandia, Bulgaria, Croacia, India y Japón.

Con este estudio, MAGIC ha duplicado el rango de visibilidad del universo en rayos gamma de muy alta energía. La observación de la señal retardada de QSO B0218 + 357 ha mostrado, por primera vez, que los fotones muy enérgicos también son desviados como indica la teoría relatividad general, y que al ser recibidos en el tiempo estimado podrían descartar algunas teorías de la estructura del vacío.

Una lente gravitacional desvía la luz

En una lente gravitacional se desvía la luz cuando pasa cerca de un objeto muy masivo. Para un observador distante, la masa concentra esa luz como una lente gigante, resultando una imagen mucho más brillante, aunque distorsionada, de la fuente y permitiendo ver objetos lejanos que de otra manera podrían ser demasiado débiles para ser detectados. Al igual que en una lente, la luz puede atravesarla siguiendo caminos ligeramente diferentes.

A escalas cósmicas, esto quiere decir que los fotones que viajan a lo largo de cada una de esas líneas de visión llegan en momentos ligeramente distintos. Además, si la fuente es variable, la luz guarda la información del momento en que es emitida y cuando llega a la Tierra millones de años después, se verá cómo era el objeto en ese preciso instante. Según la teoría, este hecho no debería depender de la energía de los fotones y de ahí que estas observaciones sean especialmente importantes.

La nueva observación demuestra la capacidad de los observatorios de rayos gamma de muy alta energía, como MAGIC, para realizar este tipo de investigación y pone de relieve el potencial de la futura Red de Telescopios Cherenkov (CTA, por sus siglas en inglés).

Referencia bibliográfica:

M. L. Ahnen et al. “Detection of very high energy gamma-ray emission from the gravitationally lensed blazar QSO B0218+357 with the MAGIC telescopes”. Astronomy & Astrophysics 595, A98, 2016.

Fuente: Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)
Derechos: Creative Commons
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Los astrónomos la observaron entre 2001 y 2011 en la galaxia enana Kinman, pero cuando volvieron a intentarlo el año pasado ya no la encontraron. Se trataba de una estrella monstruosa e inestable que puede haber colapsado en un agujero negro sin producir una explosión de supernova, algo muy raro, aunque también puede haberse vuelto menos brillante y estar oculta detrás del polvo.