La colaboración internacional CTAO LST, en la que el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) tiene un papel destacado, ha presentado importantes resultados sobre GRB 221009A, el estallido de rayos gamma (GRB, por sus siglas en inglés) más brillante jamás registrado. Los resultados se han publicado en la prestigiosa revista The Astrophysical Journal Letters (ApJ Letters). La publicación presenta observaciones en profundidad realizadas en 2022 con el prototipo del telescopio de gran tamaño (LST), el LST-1, durante su fase de puesta en marcha en el Observatorio Roque de los Muchachos (ORM), en el emplazamiento CTAO-Norte de La Palma, España. Las observaciones revelaron un indicio de exceso en el flujo de rayos gamma, lo que ayuda a proporcionar nuevos conocimientos sobre la naturaleza enigmática y compleja de los GRB a energías muy altas. Los resultados respaldan los modelos teóricos en los que estas explosiones generan chorros estructurados y multicapa en los que se aceleran las partículas.
Los GRB se encuentran entre los fenómenos más potentes del universo, ya que liberan en solo unos segundos tanta energía como la que emite el Sol a lo largo de toda su vida. Como su nombre indica, explotan en una fase breve e inmediata, que dura entre segundos y minutos, y luego les sigue un resplandor residual que puede desvanecerse en cuestión de horas o meses. Los GRB se clasifican como cortos o largos en función de la duración de la explosión: se cree que los GRB largos están relacionados con supernovas excepcionalmente brillantes, mientras que los GRB cortos probablemente sean el resultado de colisiones de estrellas de neutrones. A pesar de su intenso brillo, estas fuentes extragalácticas son difíciles de detectar a las energías más altas porque los rayos gamma que emiten se debilitan a lo largo de las grandes distancias que recorren, así como por su naturaleza transitoria.
El 9 de octubre de 2022, observatorios espaciales realizadas con los satélites Fermi y Swift de la NASA detectaron un GRB extremadamente brillante y prolongado, denominado GRB 221009A. "Apodado «BOAT» –por Brightest Of All Time, 'el más brillante de todos los tiempos'–, el estallido fue tan intenso que saturó varios instrumentos que lo observaban y desencadenó observaciones de seguimiento en todo el mundo", explica Alicia López Oramas, investigadora del IAC y responsable de publicaciones de la Colaboración LST. "El BOAT es un evento único: se calcula que habrá un GRB por milenio con esta intensidad”, añade.
El telescopio LST-1, situado en el Observatorio del Roque de los Muchachos en La Palma, y que forma parte del emplazamiento norte de CTAO en La Palma, comenzó a observar el evento tan solo 1,33 días después de la explosión inicial. Durante los 20 días posteriores al inicio del GRB, las observaciones con el LST-1 permitieron a la Colaboración LST identificar un exceso de rayos gamma. "Aunque este exceso no alcanzó el umbral requerido en este campo para afirmar que se trataba de una detección formal, permitió al equipo establecer límites superiores muy restringidos para el flujo de rayos gamma de muy alta energía emitido por la fuente. Por lo tanto, estos resultados suponen un paso importante para desentrañar los modelos teóricos contrapuestos", señala Ramón García López, investigador principal (IP) del grupo CTAO en el IAC.
Se cree que los GRB implican chorros ultrarrápidos de plasma expulsados desde un agujero negro, remanente de GRB largos, o desde la fusión de estrellas de neutrones, en GRB cortos. Sin embargo, el proceso exacto detrás de la formación de los chorros sigue siendo un gran misterio. Los datos del LST-1 respaldan la teoría de que el GRB 221009A fue impulsado por un chorro complejo y estructurado: un núcleo estrecho y ultrarrápido rodeado por una envoltura de material más ancha y de movimiento más lento. Esto desafía el escenario de un chorro más simple en forma de «sombrero de copa» que se utilizaba comúnmente en estudios anteriores y ofrece nuevos conocimientos sobre los mecanismos de formación de los chorros y la naturaleza del motor central.
"Cabe destacar que los datos registrados incluyen observaciones realizadas en condiciones de luz lunar muy intensa, lo que supone un reto importante para los telescopios Cherenkov debido a la sensibilidad de sus cámaras", destaca Juan Cortina, investigador del IAC/CIEMAT y presidente del comité directivo de la Colaboración LST. La luna llena en las horas posteriores a la explosión impidió un seguimiento rápido por parte de otros telescopios Cherenkov, pero las soluciones técnicas desarrolladas por la Colaboración LST permitieron que el LST-1 fuera el primero en observar la fuente en el régimen de rayos gamma de muy alta energía. "Esta es la primera vez que el LST-1 recopila datos en condiciones tan difíciles, lo que abre nuevas posibilidades para observar fenómenos cósmicos transitorios incluso durante noches de luna muy brillante", añade Cortina.
Estos resultados demuestran el poder de los telescopios de última generación de CTAO para explorar el universo de muy alta energía, lo que marca el comienzo de una nueva era en la que los investigadores pueden sondear el funcionamiento interno de las fuentes cósmicas con un detalle sin precedentes. A medida que CTAO continúa expandiéndose —la Colaboración LST está instalando tres LST más en el mismo emplazamiento y se está iniciando la construcción del emplazamiento CTAO-Sur en Chile—, pronto estarán operativas en ambos hemisferios telescopios de configuración intermedia. Con una sensibilidad sin precedentes, estos subconjuntos de telescopios mejorarán nuestra capacidad para estudiar los GRB y otros fenómenos extremos. De manera complementaria, el exitoso despliegue de gestores de alertas está permitiendo respuestas automáticas, lo que reduce aún más los tiempos de reacción de seguimiento de los eventos transitorios.
La Colaboración LST de CTAO es un In-Kind Contributor (IKC) de CTAO, encargado de construir los telescopios de gran tamaño (LST). La colaboración está formada por más de 400 científicos e ingenieros de 67 institutos diferentes de 11 países: Brasil, Bulgaria, Croacia, República Checa, Francia, Alemania, Italia, Japón, Polonia, España y Suiza.
| Las actuaciones del IAC con cargo al proyecto “Los Cuatro Large Size Telescopes (LST) del CTA-Norte en el ORM” de referencia ESFRI-2017-01-IAC-12, están financiadas por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MICIU), cofinanciadas en un 85% con fondos Europeos de Desarrollo Regional (FEDER). Las actuaciones cuentan también con financiación del Gobierno de Canarias, a través de la Agencia Canaria de Investigación, Innovación y Sociedad de la Información (ACIISI), de la Consejería de Universidades, Ciencia e Innovación y Cultura. |
Artículo: K. Abe, S. Abe, A. Abhishek et al. (the CTAO-LST Collaboration): "GRB 221009A: Observations with LST-1 of CTAO and implications for structured jets in long gamma-ray bursts". Astrophysical Journal Letters, 2025. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ade4cf
Contacto en el IAC:
Ramón García López, ramon.garcia.lopez [at] iac.es (ramon[dot]garcia[dot]lopez[at]iac[dot]es)
Alicia López Oramas, alicia.lopez [at] iac.es (alicia[dot]lopez[at]iac[dot]es)
Juan Cortina, juan.cortina-ext [at] iac.es (juan[dot]cortina-ext[at]iac[dot]es)
