El primer prototipo de Large-Sized Telescope (LST) del Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO), ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), ha realizado su primer descubrimiento científico al detectar la fuente OP 313 por encima de los 100 gigaelectronvoltios (GeV), un nivel de energía mil millones de veces mayor que la luz visible que los humanos pueden percibir. Se trata del cuásar más distante jamás observado por instrumentos de rayos gamma desde tierra.

El 15 de diciembre, la Colaboración Large-Sized Telescope anunció a través de un Astronomer’s Telegram (ATel) la detección de la fuente OP 313 a muy altas energías con el telescopio LST-1. Esta fuente se conocía a energías más bajas, pero nunca se había detectado por encima de los 100 GeV, lo que hace que este sea el primer descubrimiento científico del LST-1 Con este resultado, OP 313 se convierte en el núcleo activo de galaxia (AGN, por sus siglas en inglés) más distante jamás detectado por un telescopio Cherenkov, lo que demuestra el rendimiento excepcional del prototipo del LST mientras sigue su puesta en marcha en CTAO-Norte, en la isla de La Palma.

OP 313 es lo que se conoce como un cuásar de radio de espectro plano o FSRQ (Flat Spectrum Radio Quasar), un tipo de AGN. 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.

Solo se conocen nueve cuásares a muy altas energías, y OP 313 es ahora el décimo. En general, los cuásares son más difíciles de detectar que otros tipos de AGN a energías muy altas. Esto se debe no solo a que el brillo de su disco de acreción debilita la emisión de rayos gamma, sino a que están más lejos. En este caso, OP 313 se encuentra a unos ocho mil millones de años luz de distancia, lo que lo convierte en el AGN más distante y la segunda fuente más lejana jamás detectada en 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 (EBL, 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 rayos gamma de muy alta energía, atenuando su flujo y, por tanto, dificultando su observación.

“La emisión de OP313 está fuertemente absorbida por el fondo cósmico óptico e infrarrojo (EBL), por lo que su detección y estudio requiere instrumentos extremadamente sensibles y con capacidad de llegar a las energías más bajas, por debajo de 100 GeV. En este sentido, el LST-1 es el instrumento perfecto para esta tarea”, señala Mireia Nievas, investigadora del IAC y coautora del estudio.

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.

“El seguimiento de esta ‘nueva’ fuente de rayos gamma de muy altas energías se está complementando muy bien con una fuerte campaña de observaciones en todo el espectro electromagnético, incluyendo ondas de radio, luz visible y rayos X, en la cual investigadores del grupo de astropartículas del IAC están teniendo un rol importante”, destaca la investigadora.

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, estudiar los campos magnéticos dentro de este tipo de fuentes o profundizar en física intergaláctica fundamental.

Contacto en el IAC:

Mireia Nievas Rosillo, mireia.nievas [at] iac.es (mireia[dot]nievas[at]iac[dot]es)
Monica Vazquez Acosta, monicava [at] iac.es (monicava[at]iac[dot]es)