Detectan la luz más potente del universo gracias a los telescopios del Observatorio de La Palma

Dos equipos internacionales han registrado, mediante telescopios especializados, los rayos gamma de mayor energía jamás medidos a partir de los llamados estallidos de rayos gamma, que alcanzan aproximadamente 100.000 millones (un billón) de veces más energía que la luz visible, lo que demuestra que las explosiones más fuertes del universo producen aún más radiación energética de lo que se pensaba, según publican en la revista 'Nature'.

Los científicos de los telescopios HESS, situado en Namibia, y MAGIC, en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma, presentan en publicaciones independientes sus observaciones, que constituyen las primeras detecciones de explosiones de rayos gamma con telescopios de rayos gamma terrestres. El Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) juega un papel importante en ambos observatorios, que funcionan bajo el liderazgo de la Sociedad Max Planck.

Las explosiones de rayos gamma son explosiones repentinas y cortas de radiación gamma que ocurren una vez al día en algún lugar del universo visible. Según el conocimiento actual, se originan a partir de estrellas de neutrones en colisión o de explosiones de supernovas de soles gigantes que colapsan en un agujero negro.

"Los estallidos de rayos gamma son las explosiones más poderosas conocidas en el universo y generalmente liberan más energía en solo unos segundos que nuestro Sol durante toda su vida útil. Pueden brillar a través de casi todo el universo visible", explica David Berge, jefe de jefe de Astronomía de Rayos Gamma en DESY.

El fenómeno cósmico fue descubierto por casualidad a finales de la década de 1960 por satélites utilizados para controlar el cumplimiento de la prohibición de pruebas nucleares en la Tierra.

Desde entonces, los astrónomos han estado estudiando explosiones de rayos gamma con satélites, ya que la atmósfera de la Tierra absorbe los rayos gamma de manera muy efectiva. Los astrónomos han desarrollado telescopios especializados que pueden observar un tenue resplandor azul llamado luz de Cherenkov que los rayos gamma cósmicos inducen en la atmósfera, pero estos instrumentos solo son sensibles a los rayos gamma con energías muy altas. Desafortunadamente, el brillo de los estallidos de rayos gamma cae abruptamente con el aumento de la energía.

Los telescopios Cherenkov han identificado muchas fuentes de rayos gamma cósmicos a muy altas energías, pero no hay estallidos de rayos gamma. Los satélites, por otro lado, tienen detectores demasiado pequeños para ser sensibles al bajo brillo de los estallidos de rayos gamma a energías muy altas. Entonces, era efectivamente desconocido, si las explosiones de monstruos emiten rayos gamma también en el régimen de muy alta energía. Los científicos han intentado durante muchos años atrapar un estallido de rayos gamma con los telescopios Cherenkov. Luego, de repente, entre el verano de 2018 y enero de 2019, dos equipos internacionales de astrónomos, ambos con científicos de DESY, detectaron rayos gamma de dos eventos por primera vez desde el suelo.

El 20 de julio de 2018, con el telescopio de 28 metros del sistema estereoscópico de alta energía HESS se observó una débil emisión de GRB 180720B en el régimen de rayos gamma. El 14 de enero de 2019, los telescopios Cherenkov de imágenes de rayos gamma atmosféricos principales (MAGIC) detectaron una emisión temprana brillante de GRB 190114C en La Palma, e inmediatamente se anunció a la comunidad astronómica.

Ambas observaciones fueron activadas por satélites de rayos gamma de la agencia espacial estadounidense NASA que rastrearon el cielo en busca de explosiones de rayos gamma y envían alertas automáticas a otros observatorios de rayos gamma al ser detectados.

"Pudimos señalar la región de origen tan rápido que pudimos comenzar a observar solo 57 segundos después de la detección inicial de la explosión", recuerda Cosimo Nigro del grupo MAGIC en DESY, que estaba a cargo del cambio de observación en ese momento.

MAGIC registró rayos gamma con energías entre 200 y 1000 mil millones de electronvoltios (0,2 a 1 teraelectronvoltios). "Estos son, con mucho, los fotones de mayor energía jamás descubiertos de una explosión de rayos gamma", asegura Elisa Bernardini, líder del grupo MAGIC en DESY. Por comparar, la luz visible está en el rango de aproximadamente 1 a 3 electronvoltios.

El rápido descubrimiento permitió alertar rápidamente a toda la comunidad observacional. Como resultado, más de veinte telescopios diferentes tuvieron una mirada más profunda al objetivo. Esto permitió precisar los detalles del mecanismo físico responsable de la emisión de mayor energía, como se describe en el segundo documento dirigido por la colaboración MAGIC.

Las observaciones de seguimiento colocaron GRB 190114C a una distancia de más de cuatro mil millones de años luz. Esto significa que su luz viajó más de 4.000 millones de años hacia nosotros, o alrededor de un tercio de la edad actual del universo.

GRB 180720B, a una distancia de 6.000 millones de años luz aún más lejos, aún se pudo detectar en rayos gamma a energías entre 100 y 440.000 millones de voltios de electrones mucho después de la explosión inicial. "Sorprendentemente, el telescopio HESS observó un excedente de 119 gamma quanta desde la dirección de la explosión más de diez horas después de que los satélites vieron por primera vez el evento de explosión", dice Stefan Ohm, jefe del grupo HESS en DESY.

"La detección fue bastante inesperada, ya que las explosiones de rayos gamma se desvanecen rápidamente, dejando un resplandor que se puede ver durante horas o días en muchas longitudes de onda desde la radio hasta los rayos X, pero nunca se había detectado en rayos gamma de muy alta energía antes", agrega el teórico de DESY Andrew Taylor, quien contribuyó al análisis de HESS.