Un grupo de investigación, que se integra en la colaboración MAGIC, ha detectado rayos gammas de muy alta energía procedentes de una nova recurrente en la Vía Láctea. Este trabajo está coliderado por la investigadora del Instituto de Astrofísica de Canarias, Alicia López Oramas, quien, además, coordinó la campaña de observación en MAGIC. Los resultados de estas observaciones y los nuevos descubrimientos acerca de estas explosiones estelares se han hecho públicos este pasado jueves 14 de abril en un artículo de la revista Nature Astronomy.

El resultado de este trabajo identifica las novas como un nuevo tipo de fuente de rayos gamma de muy alta energía. Este evento es el primero que se percibe a estas energías y permite comprender mejor esta clase de erupciones y su potencial papel en la producción de los misteriosos rayos cósmicos que habitan la Vía Láctea.

Un nuevo tipo de fuente de rayos gamma de muy alta energía

El fin de una estrella tras su muerte depende de su masa. Dentro de unos cinco mil millones de años, cuando el Sol se agote, se expandirá hasta convertirse en una estrella Gigante Roja, para después colapsar en un cadáver estelar conocido como enana blanca. Estos remanentes estelares son muy densos y bajo ciertas circunstancias pueden producir grandes explosiones. En sistemas binarios en que la Enana Blanca tenga como compañera una estrella gigante roja, el hidrógeno proveniente de las capas más externas de la Gigante Roja puede sucumbir a la atracción gravitacional de la enana blanca y acumularse en su superficie. Este “vampirismo” de una enana blanca  sobre una estrella en fase activa tiene como consecuencia una explosión nuclear en su superficie, que hace que ésta expulse la mayor parte del hidrógeno y los productos de la fusión hacia el espacio interestelar, a velocidades de unos dos a cuatro mil kilómetros por segundo. Este tipo de explosión es muy luminosa, pudiendo ser hasta 100.000 veces más brillante que nuestro Sol y son conocidas como como “nova”. Si el ciclo de transferencia de material entre las dos estrellas comienza de nuevo, se puede reiniciar el proceso que en el futuro desembocará otra vez en una explosión en los sistemas conocidos como recurrentes.

Cuando se recibe la alerta de la explosión de la nova RS Ophiuchi, el 8 de agosto de 2021, se activa un amplio dispositivo de seguimiento. “Desde que recibimos la alerta, supimos que teníamos que hacer un seguimiento de este evento único”, apunta Alicia López Oramas. Por su parte, Rubén López Coto,  investigador del INFN Padova y el IAA-CSIC de Granada, otro de los autores principales del trabajo, comenta al respecto: “La erupción de  RS Oph es un evento muy raro en el cielo en rayos gammas: es la nova más luminosa y con el flujo más alto detectada en rayos gamma hasta la fecha, y la observamos justo a tiempo”, afirma Rubén López-Coto, investigador del INFN Padova y el IAA-CSIC de Granada, otro de los autores principales del trabajo. Una serie de observaciones siguieron, haciendo a esta la primera nova detectada en un rango de energía tan amplio tanto desde la Tierra como desde el espacio. El 9 de agosto, la colaboración MAGIC usó su sistema gemelo de telescopios Cherenkov, ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en la isla de La Palma, para observar en la dirección de RS Oph, detectando la fuente.

Gracias a las excelentes condiciones de observación en La Palma, a la rápida reacción de la colaboración y a la alta sensibilidad de MAGIC, la nova pudo ser detectada a energías cien mil millones de veces mayores que la luz visible.

“Este trabajo ha identificado las novas como un nuevo tipo de fuente de rayos gamma de muy alta energía. Se ha abierto, por tanto, una nueva línea de investigación en la astronomía de rayos gamma de muy alta energía”, continúa López-Oramas.

Novas, aceleradores cósmicos de protones

Junto a los datos de otras longitudes de onda,el equipo de investigación fue capaz de desvelar un nuevo hecho: la explosión de la nova fue lo suficientemente energética para producir fuertes ondas de choque en el medio que rodeaba al sistema estelar. Estas ondas de choque son las encargadas de acelerar las pequeñas partículas subatómicas presentes en el medio interestelar hasta velocidades cercanas a las de la luz. En el caso de la nova RS Ophiuchi 2021, el modelo que mejor describe las observaciones de MAGIC y de otros telescopios afirma que los rayos gamma de muy alta energía son producidos por protones, partículas cargadas positivamente que constituyen los núcleos de átomos de hidrógeno. Aunque las erupciones de novas son menos energéticas que sus primas las supernovas, en las que una estrella muere en una explosión catastrófica, son también mucho más frecuentes. Los resultados obtenidos por el grupo de la colaboración MAGIC y sus colegas indican que, aunque la mayoría de los rayos cósmicos que permean la Vía Láctea están generados en otras fuentes, las novas pueden ser sorprendentemente eficientes en acelerar protones en sus vecindades.

“MAGIC ha estado siguiendo sin éxito explosiones de novas desde hace algún tiempo. Es gratificante cuando ves que el esfuerzo merece la pena y logramos abrir nuevas ventanas que traen un conocimiento más profundo de nuestro Universo”, puntualiza Oscar Blanch, portavoz de la colaboración MAGIC. “Es el fruto del trabajo de muchas personas” finaliza.

Para entender por completo la complicada relación entre eventos violentos en el medio interestelar en la Vía Láctea, serán necesarias más observaciones como las presentadas en este artículo. La colaboración MAGIC continuará la vigilancia celestial de remanentes estelares en la Vía Láctea y en otras galaxias.

La comunidad española participa en MAGIC desde sus inicios. Actualmente son miembros de MAGIC: el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), el Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB), la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA). El Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) participa en este proyecto a través de investigadores de las unidades ICCUB y el Centre d’Estudis i Recerca Espacials (CERES-UAB). Además, el centro de datos de MAGIC es el Port d’Informació Científica (PIC), una colaboración del IFAE y el CIEMAT.

«Más información en la web del IAC».

La entrada Los telescopios MAGIC detectan la explosión nuclear de una estrella vampiro se publicó primero en Creativa Canaria.

Existe un tipo de galaxias que se denominan activas (AGN) de las que, además de la luz de las estrellas que las componen, recibimos radiación en todas las frecuencias del espectro (desde ondas de radio hasta rayos gamma, pasando, por supuesto, por la luz que emiten las estrellas que las componen). Los procesos físicos que tienen lugar en el núcleo de estas galaxias son tan extremos que producen muchas otras partículas altamente energéticas, como es el caso de los neutrinos. Estas son las partículas subatómicas más abundantes en el Universo, que están en todas partes, pero son muy escurridizas. Aunque estén bombardeando constantemente la Tierra, moviéndose tan veloces como la luz, no podemos verlas ni sentirlas. Son partículas “fantasmas” porque casi nunca interaccionan con la materia y, sin embargo, son fundamentales para comprender las leyes de la naturaleza. Detectar neutrinos requiere, por lo tanto, instrumentos especiales, como el experimento IceCube, instalado en el Polo Sur, que utiliza un enorme cubo de hielo, con un tamaño de 1 km de largo, 1 km de ancho y 1 km de profundidad, como sensor para localizar estas partículas.

El 22 de septiembre de 2017, los investigadores de este particular observatorio anunciaron la detección de un neutrino extremadamente energético que procedía de un lugar externo a la Vía Láctea. La noticia se extendió rápidamente provocando una carrera para identificar la fuente responsable de esta emisión, que por la gran energía del neutrino detectado tenía que ser una galaxia activa capaz de emitir rayos gamma. El satélite FERMI y el telescopio MAGIC, instalado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), fueron los primeros en activarse para buscar fuentes de este tipo de radiación dentro de la región del cielo esperada. Descubrieron que la galaxia activa TXS 0506 + 056 era la responsable de esta emisión y, por primera vez, fue posible asociar la emisión de neutrinos extragalácticos a una fuente conocida. Sin embargo, se desconocía la distancia a la que se encontraba, por lo que todavía no se podía deducir la luminosidad de la fuente, ni los procesos físicos responsables de la emisión de neutrinos.

Para medirla, eran necesarias observaciones espectroscópicas con telescopios «convencionales”, pero todos los intentos fallaron porque su señal era demasiado tenue. De manera que un equipo de investigadores liderado por la astrofísica Simona Paiano, del Observatorio de Padova del INAF (Instituto Nazionale di Astrofisica) y por Riccardo Scarpa, astrónomo del GTC, decidieron observar esta fuente con el mayor telescopio óptico-infrarrojo del mundo, es decir el Gran Telescopio Canarias, en La Palma. Los resultados se han publicado recientemente en la revista The Astrophysical Journal.

«Gracias a la enorme área colectora de luz del GTC, y después de dedicar varias horas de observación, pudimos detectar los rasgos típicos de la emisión del gas de la galaxia, y con ello determinar su distancia», explica Paiano. De esta manera, consiguieron situar a esta galaxia activa a una distancia de 6.000 millones de años luz de la Tierra. «Vimos la débil emisión del gas donde otros no vieron nada, un resultado que no habría sido posible sin la potencia del GTC y la experiencia de su personal», añade Scarpa.

“La asociación fidedigna de una fuente como un emisor de neutrinos de energía extremadamente alta, ubicada a miles de millones de años luz de distancia, abre una nueva ventana en Astronomía para estudiar el Universo de las más altas energías y, lo más importante, utilizar un mensajero que no sea la luz», concluye Simona Paiano.

Artículo: Paiano, S. et al. The redshift of the BL Lac object TXS 0506+056, The Astrophysical Journal Letters. http://lanl.arxiv.org/pdf/1802.01939v1

La entrada Descubierto el origen del neutrino detectado en el “Cubo de Hielo” en el Polo Sur se publicó primero en Creativa Canaria.

En un estudio publicado el pasado viernes en la revista Astronomy & Astrophysics, científicos de la colaboración internacional de los telescopios MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescope), ubicados en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en Garafía (La Palma), y entre los que se encuentra investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), han anunciado el descubrimiento de la emisión de rayos gamma más distante hasta la fecha. El descubrimiento ha sido posible gracias a la lente gravitacional originada por una galaxia muy masiva entre el cuásar y la Tierra, que “repitió” la luz producida por la fuente.

En dicho fenómeno,  predicho por la teoría de la Relatividad General de Einstein, la luz se desvía cuando pasa cerca de un objeto muy masivo. Para un observador distante, la masa concentra la 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.

QSO B0218 + 357 es un cuásar, un objeto muy compacto y energético, asociado a un agujero negro supermasivo en el núcleo de una galaxia. Hace más de 7.000 millones de años se produjo una gigantesca explosión en este objeto que originó una emisión intensa de rayos gamma, la luz más energética que se conoce. En su largo viaje hacia la Tierra, estos fotones pasaron cerca de una galaxia situada entre el cuásar y la Tierra, B0218 + 357G, más de mil millones de años después. 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 con el Telescopio de Área Grande (Large Area Telescope) a bordo del satélite Fermi, que cartografía todo el cielo cada tres horas. 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.

Los astrónomos de los telescopios MAGIC intentaron observarlo, pero en ese momento hubo luna llena en La Palma, lo que impidió su funcionamiento. Sin embargo, tuvieron una segunda oportunidad. A partir de las mediciones anteriores del cuásar realizadas por 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. «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 ex miembro del Institut de Fisica d’Altes Energías (IFAE) en Barcelona cuando se inició este proyecto. Y continúa: «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». A este hecho 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.

Con esta observación, 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 mostró, por primera vez, que estos 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. Por el momento, esta observación demuestra una nueva capacidad de los observatorios de rayos gamma de muy alta energía y pone de relieve el potencial de la próxima Red de Telescopios Cherenkov (CTA, por sus siglas en inglés.).

Telescopios MAGIC

MAGIC es un instrumento que mide rayos gamma de muy alta energía situado en Observatorio del Roque de los Muchachos, en Garafía (La Palma). Consiste en dos telescopios Cherenkov de 17 m de diámetro y son actualmente uno de los tres principales instrumentos atmosféricos Cherenkov 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. La construcción y explotación científica de MAGIC 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.

Más información:

Artículo: “Detection of very high energy gamma-ray emission from the gravitationally lensed blazar QSO B0218+357 with the MAGIC telescopes”, por M. L. Ahnen et al. A&A 595, A98, 2016.
http://www.aanda.org/articles/aa/abs/2016/11/aa29461-16/aa29461-16.html

Web de los telescopios MAGIC: https://wwwmagic.mpp.mpg.de/

Contacto:

Dr. Razmik Mirzoyan (Max-Planck-Institute for Physics): Razmik.Mirzoyan@mpp.mpg.de y Mirzoyan.Razmik@gmail.com
Teléfono: (+49)(89)-323-54-328
Òscar Blanch (Institut de Fisica d’Altes Energías, IFAE): blanch@ifae.es
Ramón García López (IAC): rgl@iac.es

Los Observatorios del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) forman parte de la red de Infraestructuras Científicas y Técnicas Singulares (ICTS) de España.

La entrada Los telescopios MAGIC detectan la emisión de rayos gamma más distante hasta la fecha se publicó primero en Creativa Canaria.