El 15 de diciembre de 2023 la Colaboración Large-Sized Telescope (LST) anunció a través de un Astronomer’s Telegram (ATel) la detección de la fuente OP 313 a muy altas energías con el LST-1.

Aunque se conocía OP 313 a energías más bajas, nunca se había detectado por encima de los 100 GeV, lo que hace que este sea el primer descubrimiento científico del LST-1. Con estos resultados, OP 313 se convierte en el Núcleo Galáctico Activo (AGN, por sus siglas en inglés) más distante jamás detectado por un telescopio Cherenkov, lo que demuestra una vez más 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 un tipo de AGN conocido como Cuásar de Radio de Espectro Plano o FSRQ (Flat Spectrum Radio Quasar). 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 Gigaelectronvoltios (GeV), un nivel de energía casi cien mil millones de veces mayor que la luz visible que los humanos pueden percibir.

“Cuando hay un aumento de la actividad en el rango óptico existe una alta probabilidad de que la emisión en muy altas energías también se incremente,” explica Jorge Otero-Santos, investigador en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y uno de los autores principales del análisis del LST-1. “Esta correlación entre la emisión óptica y la gamma aún no se comprende bien. Este hecho, unido a la señal recibida por Fermi-LAT,  nos llevó a tomar la decisión de observar OP 313 con el LST-1.”

En general, este tipo de AGN son muy difíciles de detectar a muy altas energías. Esto se debe no solo a que el brillo de su disco de acreción debilita la emisión de rayos gamma, sino a que, además, son objetos muy distantes. En este caso, OP 313 se encuentra unos ocho mil millones de años luz de distancia, lo que lo convierte en el AGN más distante y la segunda fuente más distante jamás detectada a muy altas energías.

El telescopio LST-1, en La Palma. Crédito: CTAO gGmbH

Cuanto más distante es la fuente, más difícil es observarla a energías muy altas debido a la llamada Luz de Fondo Extragaláctica o EBL (conocida así 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 los rayos gamma de muy alta energía, atenuando su flujo y, por tanto, dificultando su observación. Las características del LST-1, con una sensibilidad optimizada para el rango de baja energía del Cherenkov Telescope Array Observatory (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. 

“Solamente se conocen nueve cuásares en energías muy altas, y ahora OP 313 es el décimo,” indica Daniel Morcuende, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y uno de los autores principales de los resultados del LST-1. “Dadas sus características, es una fuente muy interesante porque nos permitirá comprender mejor la EBL, estudiar los campos magnéticos dentro de este tipo de fuente o adentrarnos en la física intergaláctica fundamental.”

Es fundamental complementar esta detección en muy altas energías con observaciones en el resto de longitudes de onda. “Para ello se ha coordinado con el Observatorio de Sierra Nevada (OSN) un seguimiento del objeto en el rango óptico para caracterizar lo mejor posible su emisión en todo el espectro electromagnético,” declara Jorge Otero-Santos, que coordina las observaciones ópticas de OP 313.

La Colaboración LST seguirá observando esta fuente con el LST-1 para ampliar el conjunto de datos y, de esta forma, obtener un análisis más preciso que permita a los científicos mejorar su comprensión de la EBL.