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Detectada la luz más potente del universo

Dos telescopios de Canarias aclaran cómo suceden las mayores explosiones del cosmos

el universo
Las dos antenas de MAGIC, durante la lluvia de Perseidas en 2016.

El 14 de enero la astrofísica Elena Moretti recibió una llamada que no olvidará fácilmente. “¿Esta señal que estamos viendo es un simulacro?”, dijeron al otro lado del teléfono. Era de noche cerrada en el Observatorio del Roque de los Muchachos, una cima de origen volcánico en la isla de La Palma ideal para la observación astronómica. La científica saltó de la cama y en dos minutos estaba frente a las pantallas del centro de control. No era un simulacro: los dos telescopios MAGIC habían captado claramente un grupo de fotones —partículas de luz— que era unas 100 veces más potentes que cualquier otro detectado antes.

“Aunque lo veía delante de mis ojos no podía creerlo”, explica Moretti. Todo había comenzado tres minutos antes de las nueve de la noche, cuando dos telescopios espaciales, Swift y Fermi, detectaron un potente estallido de rayos gamma. En unos 20 segundos enviaron una alerta a la Tierra. De forma totalmente automática, las dos imponentes antenas de 64 toneladas de los telescopios MAGIC giraron sobre sí mismas 35 segundos después para apuntar justo al punto del cielo desde el que llegaba la señal, que duró unos 30 minutos.

“Esa noche nos quedamos trabajando unas cuatro horas más. La señal fue debilitándose y después desapareció detrás del horizonte. Enviamos una nota de alerta al resto de la comunidad astrofísica internacional para que intentaran seguir observándola”, recuerda la astrofísica, que trabaja en el Instituto de Física de Altas Energías, en Barcelona.

Los resultados de las observaciones de los MAGIC y de muchos otros observatorios espaciales y terrestres se publican este miércoles en la prestigiosa revista científica Nature. Dos estudios confirman que los MAGIC han sido los primeros en captar el grupo de fotones con más energía que se han observado después de un estallido de rayos gamma. Estas son las mayores explosiones del universo actual, capaces de liberar en apenas 100 segundos la misma energía que emitirá el Sol en lo que le queda de vida (unos 10.000 millones de años).

Los telescopios MAGIC, en el Observatorio del Roque de los Muchachos de la isla de La Palma.
Los telescopios MAGIC, en el Observatorio del Roque de los Muchachos de la isla de La Palma.

Los fotones registrados tienen una energía media de un teraelectronvoltio, un billón de veces más que los fotones convencionales que podemos ver los humanos. “Esta es la luz más potente que se ha captado teniendo en cuenta la cantidad de energía liberada y el tiempo que duró el estallido”, explica Moretti. “En el universo conocemos otras fuentes capaces de emitir luz así de potente, como los núcleos de galaxias activos [agujeros negros], pero tardan miles de millones de años en hacerlo”, destaca.

Esta detección aclara la física de las emisiones de rayos gamma y demuestra por primera vez que pueden alcanzar mucha más energía de lo que se pensaba. “Durante 20 años hemos estado recibiendo señales de fuentes de rayos gamma, unas 110 en total, pero nunca habíamos visto algo tan escandaloso, tan impresionante”, resalta María Victoria Fonseca, astrofísica de la Universidad Complutense de Madrid que trabaja en MAGIC —siglas inglesas de Telescopio de Rayos Gamma por Emisión de Radiación Cherenkov en la Atmósfera— desde que sus telescopios comenzaron a funcionar en 2004.

Los investigadores creen que el brote de rayos gamma proviene de una estrella con 10 veces más masa que el Sol que estalló tras consumir todo su combustible de hidrógeno. También han podido calcular la distancia que han viajado los fotones hasta llegar a la Tierra: 4.500 millones de años luz. Esto significa que la estrella explotó cuando se estaba formando nuestro planeta, cientos de millones de años antes de que apareciesen las primeras formas de vida.

Tras la explosión estelar se generaron dos potentes haces de rayos gamma y rayos x que salieron disparados en direcciones opuestas. Después de esta fase de emisión rápida, la metralla escupida por el astro generó una onda de choque que comprimió el medio interestelar formando plasma y un intenso campo magnético en el que los electrones quedaron atrapados en una trayectoria circular hasta alcanzar altas energías y velocidades cercanas a la de la luz. Es el fenómeno conocido como sincrotrón en el que se basan los aceleradores de partículas que, en la Tierra, permiten hacer imagen médica por rayos x o penetrar en la materia sin dañarla para descubrir pinturas ocultas en lienzos de Picasso, Van Gogh o Degas.

En 1923, el físico estadounidense Arthur Compton descubrió que un fotón podía chocar con un electrón y pasarle parte de su energía, el efecto Compton que le valió el Nobel de física en 1927. Los investigadores de MAGIC creen que lo que han observado es el efecto inverso de Compton en el que son los electrones acelerados los que ceden parte de su energía a los fotones hasta que estos rompen la barrera de los teraelectronvoltios. Es una posibilidad predicha por la teoría pero nunca confirmada hasta ahora.

"¿Por qué hemos tardado tantos años en detectar este fenómeno?”, se pregunta Bing Zhang, físico de la Universidad de Nevada (EE UU), en una opinión publicada junto a los artículos. Aunque se piensa que hay un estallido de rayos gamma al día, solo son detectables a estas energías los que son muy potentes y suceden relativamente cerca de la Tierra. Además, tiene que ser de noche y es necesario que haga buen tiempo y que la luz llegue a una zona donde haya telescopios. El físico explica que la detección de este tipo de luz se hará “rutinaria” en poco tiempo gracias al trabajo de detectores como el HAWC, en la ladera del volcán Sierra Negra (México), o la red de Telescopios Cherenkov, en La Palma y en Chile, y el observatorio de Daocheng, en China.

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