El análisis de la radiación de este objeto extremo ofrece una nueva vía para reconstruir la evolución del universo a lo largo de miles de millones de años. El estudio también aporta pistas sobre los mecanismos que aceleran partículas cerca de agujeros negros supermasivos.
En diciembre de 2023, el primer prototipo del Large-Sized Telescope (LST-1) del Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO), instalado en el Observatorio del Roque de los Muchachos de La Palma, detectó OP 313 por encima de los 100 gigaelectronvoltios (GeV). Se convertía así en el blázar de muy alta energía más distante observado hasta la fecha.
Ahora, las colaboraciones LST y MAGIC presentan un análisis detallado de estas observaciones, realizadas conjuntamente con LST-1 y los telescopios MAGIC. El estudio, publicado en Astronomy & Astrophysics y coliderado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), permite profundizar tanto en los mecanismos responsables de la emisión de rayos gamma como en las propiedades de la luz de fondo extragaláctica (EBL, por sus siglas en inglés).
Los blázares son núcleos activos de galaxias alimentados por agujeros negros supermasivos. OP 313 pertenece, en concreto, al grupo de los cuásares de radio de espectro plano, uno de los tipos de blázar más potentes del universo.
“Hasta este descubrimiento, solo se habían detectado nueve fuentes de este tipo en el rango de muy altas energías”, explica Jorge Otero, quien colideró el estudio durante su etapa como investigador en el IAA-CSIC. La detección de OP 313 ofrece, por tanto, “una oportunidad única para estudiar cómo se aceleran las partículas y se producen los rayos gamma en estos objetos extremos”.
Hace unos 11 000 millones de años, el universo atravesó un periodo de máxima actividad conocido como “mediodía cósmico”, caracterizado por una intensa formación de estrellas y galaxias. Después, esa actividad comenzó a disminuir hasta dar paso a una etapa más tranquila, que continúa en la actualidad.
Fue al comienzo de esta fase cuando OP 313 emitió el potente estallido de rayos gamma ahora estudiado. Su radiación ha tardado aproximadamente 8 000 millones de años en llegar hasta la Tierra.
Durante ese viaje, los rayos gamma interactuaron con la luz de fondo extragaláctica, un campo difuso de radiación generado por estrellas y galaxias a lo largo de la historia del universo. Esa interacción atenúa progresivamente la señal mediante un proceso conocido como producción de pares: al colisionar con los fotones de la EBL, los rayos gamma pueden transformarse en un electrón y un positrón.
La consecuencia es que cuanto mayor es la distancia recorrida, más débil resulta la señal que alcanza la Tierra. Detectarla requiere, por tanto, instrumentos extremadamente sensibles.
“Medir esta atenuación nos permite inferir las propiedades de la EBL y, a partir de ellas, reconstruir parte de la historia del universo”, señala Daniel Morcuende, también colíder del trabajo durante su etapa en el IAA-CSIC.
El análisis conjunto de los datos de LST-1 y MAGIC, combinados con observaciones a energías más bajas realizadas con otras instalaciones, permitió estudiar también el origen de la radiación.
Los resultados indican que la intensa emisión de rayos gamma está impulsada por una población densa de electrones relativistas. Estas partículas son aceleradas hasta velocidades cercanas a la de la luz dentro de un potente chorro de plasma lanzado desde las proximidades del agujero negro supermasivo situado en el centro de OP 313.
Al interactuar con fotones de menor energía del entorno, los electrones transfieren parte de su energía y los convierten en rayos gamma de muy alta energía.
La interpretación de estos datos ha sido posible gracias a una amplia campaña de observación coordinada por el grupo VHEGA del IAA-CSIC, cuyo investigador principal es Iván Agudo. En ella participaron, entre otras instalaciones, el Observatorio de Sierra Nevada, el interferómetro Submillimeter Array y el radiotelescopio de Effelsberg.
Cada nueva detección de objetos muy lejanos, cuya luz ha tardado miles de millones de años en llegar hasta nosotros, abre una nueva ventana para estudiar la luz de fondo extragaláctica
“Cada nueva detección de objetos muy lejanos, cuya luz ha tardado miles de millones de años en llegar hasta nosotros, abre una nueva ventana para estudiar la luz de fondo extragaláctica y comprender cómo ha evolucionado el cosmos”, destaca Mireia Nievas Rosillo, investigadora del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y autora de correspondencia del estudio.
“Estas observaciones nos acercan a la época de máxima formación estelar cósmica. Con el inicio de las operaciones del CTAO previsto para los próximos años, esto es solo el principio”, añade.
El LST-1 es el prototipo de los Large-Sized Telescopes (LST), actualmente en fase de puesta en marcha en el emplazamiento norte del CTAO, en La Palma. La detección de OP 313 durante esta etapa confirma la capacidad del instrumento para observar fuentes extremadamente lejanas.
El próximo 15 de octubre, la Colaboración LST inaugurará en La Palma la subred completa, que incorporará tres telescopios adicionales. Estos instrumentos estarán especializados en las energías más bajas accesibles desde tierra y permitirán ampliar el horizonte de observación de rayos gamma hasta distancias nunca alcanzadas.
Referencia
J. Otero-Santos et al. “Detection of the distant quasar OP 313 with the first Large-Sized Telescope of CTAO”. Astronomy & Astrophysics (2026)
El astrofísico del Instituto de Ciencias del Espacio, Guillem Anglada-Escudé, lideró el descubrimiento del exoplaneta Proxima Centauri b, el más cercano a nuestro sistema solar.
La estrella, llamada S301, orbita alrededor del agujero negro en el centro de nuestra galaxia, y alcanza velocidades de 25 000 km/s. Se acerca tanto al interior que siente los efectos de la rotación del agujero negro.
