Captan desde La Palma una señal que lleva 8.000 millones de años viajando

Cuando los fotones que ahora han registrado los telescopios LST-1 y MAGIC comenzaron su viaje, la Tierra ni siquiera existía. Tampoco el Sol. Durante unos 8.000 millones de años han atravesado el Universo hasta que parte de aquella antiquísima señal ha terminado siendo detectada desde uno de los grandes balcones de la astronomía mundial: el Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma.

Situado a unos 2.400 metros de altitud, por encima habitualmente de la capa de nubes, el observatorio palmero reúne algunas de las instalaciones astronómicas más importantes del mundo. Allí se encuentran tanto LST-1 como los dos telescopios MAGIC, los instrumentos que han permitido estudiar ahora la extraordinaria radiación procedente de OP 313.

OP 313 es una galaxia activa que alberga en su centro un agujero negro supermasivo. Ahora, las colaboraciones internacionales CTAO-LST y MAGIC, con participación del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), han publicado el análisis detallado de sus observaciones y los resultados aparecen en la revista científica Astronomy & Astrophysics.

El estudio confirma un récord: OP 313 es el blázar más distante detectado hasta ahora emitiendo rayos gamma de muy alta energía. Pero su importancia va bastante más allá de la distancia.

¿Qué es OP 313 y por qué resulta tan especial?

Un blázar es uno de los objetos más extremos que podemos encontrar en el Universo. En el centro de una galaxia, un agujero negro supermasivo se alimenta de materia mientras desde sus proximidades surgen enormes chorros de partículas que viajan a velocidades cercanas a la de la luz.

En el caso de los blázares tenemos además una afortunada casualidad geométrica: uno de esos chorros apunta aproximadamente hacia nosotros. De ahí que puedan observarse como fuentes extraordinariamente brillantes y variables, capaces de emitir desde ondas de radio hasta potentísimos rayos gamma.

OP 313 no acaba de ser descubierto. En diciembre de 2023, LST-1 ya detectó esta fuente a energías superiores a 100 GeV, convirtiéndola entonces en el núcleo activo de galaxia más distante observado mediante un telescopio Cherenkov. Fue, además, el primer descubrimiento científico de LST-1, cuando el instrumento todavía se encontraba en fase de puesta en marcha.

La novedad ahora es el estudio detallado realizado con LST-1 y los dos telescopios MAGIC, complementado con observaciones en otras energías. Y ese análisis permite investigar no solo el lugar donde nacieron los rayos gamma, sino también qué les ha ocurrido durante sus 8.000 millones de años de viaje.

Una señal que llega con las huellas del camino

Aunque solemos imaginar el espacio entre las galaxias completamente vacío, el Universo está recorrido por un tenue resplandor denominado luz de fondo extragaláctica. Simplificando, podríamos imaginarlo como el eco de la radiación que estrellas y galaxias han ido produciendo durante la historia cósmica.

Los rayos gamma de OP 313 han tenido que atravesar ese océano de luz y no todos han conseguido llegar hasta nosotros. Algunos interactúan por el camino con otros fotones y desaparecen, transformando su energía en partículas.

Precisamente por eso los que faltan también contienen información.

Los científicos pueden estudiar cuánto se ha debilitado la señal durante su recorrido y utilizar ese dato para establecer límites sobre la cantidad de luz que llenaba el Universo. De esta manera, una galaxia remotísima se convierte también en una herramienta para investigar la historia de la formación de estrellas y galaxias.

Es casi como contemplar un faro lejano a través de la niebla: el modo en que su luz llega hasta nosotros también nos habla de todo lo que había entre el faro y el observador.

¿Cómo pueden detectar estos rayos gamma desde La Palma?

LST-1 y MAGIC tampoco «fotografían» directamente esos rayos gamma.

Cuando uno de ellos alcanza la atmósfera terrestre, desencadena una cascada de partículas que produce un brevísimo destello azulado denominado luz Cherenkov. Los enormes espejos de estos telescopios captan esos flashes y permiten reconstruir después la energía y la dirección del fotón que los provocó.

LST-1 posee un espejo de 23 metros de diámetro y está especialmente preparado para detectar energías relativamente bajas dentro de la astronomía gamma, algo fundamental para encontrar fuentes muy lejanas.

El estudio está realizado por las colaboraciones internacionales CTAO-LST y MAGIC, en las que participan instituciones de diferentes países. En España desempeña un papel destacado el Instituto de Astrofísica de Canarias, al que pertenece Nievas Rosillo y que participa en ambos proyectos.

Además, LST-1 pronto tendrá más compañía. Otros tres grandes telescopios, LST-2, LST-3 y LST-4, completarán desde La Palma la futura subred de grandes telescopios de CTAO-Norte, aumentando considerablemente la capacidad para explorar el Universo gamma.

Un mensaje enviado antes de que existiera la Tierra

Ahí reside probablemente la imagen más fascinante de este descubrimiento.

La radiación de OP 313 nos habla de un agujero negro supermasivo y de uno de los mayores aceleradores naturales de partículas del cosmos, pero su larguísimo recorrido también conserva información sobre el Universo que atravesó.

Cuando aquellos fotones partieron, nuestro Sistema Solar todavía tardaría miles de millones de años en formarse. Después nacieron el Sol, la Tierra y, muchísimo más tarde, nosotros...

Ellos continuaron viajando, hasta que algunos alcanzaron nuestra atmósfera y dejaron durante una fracción diminuta de segundo su huella sobre el cielo de Canarias. Y desde una montaña de La Palma, unos enormes espejos estaban preparados para detectarla.