La fuente, situada a unos ocho mil millones de años luz de la Tierra, fue observada en diciembre de 2023 por el LST-1, el primer prototipo del Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) instalado en La Palma, y posteriormente estudiada en conjunto con los telescopios MAGIC.
Los blázares son núcleos galácticos activos excepcionalmente brillantes, alimentados por un agujero negro supermasivo que libera enormes cantidades de energía. OP 313 pertenece a un subtipo especialmente energético, los cuásares de espectro radioeléctrico plano, del que apenas se conocen una docena de ejemplos detectados en rangos de muy alta energía. “La detección de OP 313 demuestra el enorme potencial del LST-1 de cara al inicio de las operaciones del CTAO, y confirma la gran productividad de los telescopios MAGIC tras 20 años en la vanguardia de la astrofísica de altas energías”, señala Jorge Otero, quien colideró el estudio durante su etapa en el IAA-CSIC.
Más allá de ampliar el catálogo de estos objetos extremos, el análisis de los rayos gamma emitidos por OP 313 ha permitido al equipo obtener información clave sobre la luz de fondo extragaláctica difusa (EBL), un campo de radiación formado por toda la luz emitida por estrellas y galaxias a lo largo de la historia del universo, y clave para reconstruir su evolución.
Una señal excepcional desde el borde del universo observable
Antes de este hallazgo, solo se habían detectado nueve fuentes de este tipo en el rango de muy altas energías; con OP 313, la muestra apenas alcanza la docena. “Cada nueva detección amplía una población todavía muy limitada y ofrece una oportunidad única para estudiar con mayor detalle cómo se aceleran las partículas y cómo se produce la emisión de rayos gamma en estos objetos, cuyos mecanismos físicos aún no comprendemos por completo”, explica Otero.
La llamarada detectada por LST-1 y MAGIC se emitió hace unos ocho mil millones de años, poco después de que el universo dejara atrás el llamado «mediodía cósmico» (Cosmic Noon), un periodo de máxima actividad caracterizado por una intensa formación de estrellas y galaxias, para entrar en la fase más tranquila que se prolonga hasta la actualidad.
Un mensajero debilitado por un viaje de ocho mil millones de años
Durante ese larguísimo trayecto a través del cosmos, los rayos gamma de muy alta energía emitidos por OP 313 interactuaron con la luz de fondo extragaláctica difusa, atenuándose progresivamente mediante un proceso conocido como «producción de pares», en el que pierden parte de su energía al chocar con esta radiación de fondo. Cuanto más lejos viaja la señal, más se debilita, lo que exige instrumentos de una sensibilidad excepcional para poder detectarla.
Esta misma atenuación, lejos de ser solo un obstáculo, se convierte en una fuente de información. “Al analizar cuánto se atenúa la radiación de muy alta energía observada podemos inferir las propiedades de la EBL y poner a prueba los distintos modelos existentes, de forma que la detección de AGN cada vez más lejanos no solo amplía nuestro conocimiento sobre estos objetos extremos, sino que también nos permite comprender mejor cómo ha evolucionado el universo y la luz que lo llena”, explica Daniel Morcuende, colíder del trabajo durante su etapa en el IAA-CSIC.
Descifrando el origen de la emisión
El análisis conjunto de los datos del LST-1 y MAGIC, combinado con observaciones de menor energía procedentes de otras instalaciones, permitió al equipo caracterizar con precisión la EBL y reconstruir el origen de los rayos gamma de OP 313. Los resultados apuntan a un potente chorro de plasma expulsado por el agujero negro supermasivo de la galaxia, en el que los electrones son acelerados hasta velocidades próximas a la de la luz y transfieren su energía a fotones, transformándolos en rayos gamma de muy alta energía.
Esta interpretación no habría sido posible sin una amplia campaña complementaria de observaciones. “Desde VHEGA organizamos una intensa campaña de observaciones en longitudes de onda visible, milimétrica y de radio utilizando los telescopios del Observatorio de Sierra Nevada, el interferómetro Submillimeter Array y el radiotelescopio de 100 metros de Effelsberg”, señala Iván Agudo, investigador principal del grupo VHEGA del IAA-CSIC. Esa cobertura espectral tan amplia resultó fundamental para identificar con precisión los mecanismos responsables de la emisión en cada rango del espectro electromagnético.
El futuro de los telescopios LST
El LST-1 es el prototipo de los Telescopios de Gran Tamaño (LST) del CTAO, actualmente en fase de puesta en marcha en La Palma. Detectar el blázar de muy alta energía más lejano observado hasta la fecha durante esta misma fase de pruebas demuestra el rendimiento del instrumento y anticipa el potencial de esta nueva generación de telescopios Cherenkov. El próximo 15 de octubre, la Colaboración LST inaugurará en La Palma el subarreglo completo, formado por tres telescopios adicionales diseñados para extender la sensibilidad del observatorio hasta energías de 20 GeV.
Con la incorporación de estos nuevos instrumentos, el horizonte de observación de los rayos gamma de muy alta energía se ampliará todavía más, abriendo la puerta a detectar fuentes tan o más lejanas que OP 313. Cada una de ellas actuará como un nuevo mensajero cósmico, capaz de aportar otra pieza al rompecabezas de cómo ha evolucionado la luz que atraviesa el universo desde sus primeros miles de millones de años hasta hoy.
