Cuando el telescopio espacial Fermi-LAT registró una erupción de alta energía procedente del blazar OP 313 en noviembre de 2023, los astrónomos actuaron con rapidez. Lo que siguió fue una campaña multifrecuencia que culminó en una detección histórica: rayos gamma por encima de los 100 gigaelectronvoltios procedentes del núcleo galáctico activo más distante jamás observado a estas energías. Ahora, un equipo internacional liderado por Kenshin Abe de la Universidad de Tokai, en Japón, ha publicado el análisis completo de ese evento en el servidor de preprints arXiv, ofreciendo la caracterización más detallada hasta la fecha de este objeto excepcional.
Blazares y cuásares de espectro radio plano: los aceleradores cósmicos más extremos
Los blazares son un subtipo de núcleos galácticos activos (AGN) asociados a agujeros negros supermasivos en los centros de galaxias elípticas gigantes. Lo que los distingue de otros AGN es la geometría: sus chorros relativistas, alimentados por la energía liberada en el proceso de acreción, apuntan casi directamente hacia nosotros. Esa orientación privilegiada concentra la emisión en nuestra dirección mediante efecto Doppler relativista, haciendo que el objeto parezca mucho más luminoso de lo que sería si lo observásemos desde un ángulo diferente.
Dentro de los blazares existen dos categorías principales. Los objetos BL Lacertae (BL Lacs) carecen de líneas de emisión óptica prominentes. Los cuásares de espectro radio plano, conocidos por sus siglas en inglés como FSRQ, las presentan de forma ancha e intensa, lo que delata la presencia de gas ionizado en la región de líneas anchas que rodea el agujero negro. Esta región de líneas anchas no solo es un marcador espectral: también actúa como campo de fotones externos que los electrones relativistas del chorro pueden dispersar hacia altas energías mediante el proceso de Compton inverso externo.
Los FSRQ son intrínsecamente más luminosos que los BL Lacs, pero también espectroscópicamente más blandos a muy altas energías. Eso significa que producen relativamente pocos fotones por encima de los 100 GeV, lo que dificulta su detección con telescopios Cherenkov terrestres. Hasta la detección de OP 313, solo nueve FSRQ habían sido confirmados en el régimen de muy alta energía (VHE, por sus siglas en inglés) en toda la historia de la astronomía gamma.
OP 313: de estrella variable a récord de distancia en VHE
El objeto catalogado como OP 313 fue identificado originalmente en 1959 como una estrella variable. Décadas después se confirmó su naturaleza extragaláctica: es un FSRQ con corrimiento al rojo de aproximadamente z = 0,997, lo que implica que la luz que hoy captamos salió de ese núcleo hace unos 8.000 millones de años, cuando el universo tenía menos de la mitad de su edad actual. A esa distancia, el objeto también figura en los catálogos de radio como B2 1308+326.
A pesar de ser conocido en el infrarrojo, el óptico, el radio y el rango de rayos gamma de alta energía (por encima de 100 MeV, detectados por Fermi-LAT), OP 313 nunca había sido captado por encima de los 100 GeV. Observaciones previas con los telescopios MAGIC resultaron únicamente en límites superiores, sin detección significativa. La combinación de su espectro blando y su distancia extrema hacía que la probabilidad de detectarlo en el régimen VHE pareciera escasa bajo condiciones de emisión ordinarias.
El LST-1 y el primer descubrimiento científico del CTAO
El telescopio que cambió esa situación es el Large-Sized Telescope prototipo, conocido como LST-1. Instalado en el Observatorio del Roque de los Muchachos en La Palma, Islas Canarias, España, el LST-1 es el primero de los cuatro LST que formarán parte del Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) en su sede norte. Con un espejo de 23 metros de diámetro y una cámara compuesta por 1.855 fotomultiplicadores de alta eficiencia cuántica, el LST-1 posee una gran área de colección y una sensibilidad optimizada para el extremo inferior del rango VHE.
La característica más relevante para esta detección es su umbral energético: el LST-1 puede detectar fotones gamma desde aproximadamente 20 GeV. Esa frontera inferior es crucial para fuentes distantes porque el fondo extragaláctico de luz atenúa de forma progresiva los fotones de alta energía, y los fotones de menor energía del rango VHE tienen una probabilidad de supervivencia sensiblemente mayor a través de esa barrera cósmica. Sin ese umbral bajo, OP 313 habría permanecido invisible para los telescopios Cherenkov.
La detección de OP 313 constituye el primer descubrimiento científico del LST-1, y por extensión, la primera contribución científica original del CTAO como observatorio.
La erupción de diciembre de 2023: de la alerta de Fermi a la detección VHE
A finales de noviembre de 2023, el LAT a bordo del telescopio espacial Fermi registró una actividad inusualmente elevada procedente de OP 313 en el rango de alta energía. El flujo medido estaba un factor 50 por encima del nivel de emisión promedio histórico de la fuente en el catálogo de Fermi-LAT, una erupción de magnitud excepcional. De manera paralela, instrumentos ópticos también reportaron un estado de alta emisión.
Con esa alerta activa, el LST-1 apuntó a OP 313 a partir del 10 de diciembre de 2023. Entre el 11 y el 14 de diciembre la detección fue significativa: el telescopio captó emisión VHE por encima de los 100 GeV, alcanzando un flujo de aproximadamente 0,3 unidades Cangrejo (unidad estándar de referencia en astronomía gamma de muy alta energía). El espectro detectado era pronunciadamente blando, consistente con la atenuación esperada por el fondo extragaláctico de luz a un corrimiento al rojo de casi z = 1.
En enero de 2024, la fuente regresó a un estado de baja emisión, confirmado también por el LST-1 y los telescopios MAGIC. Un segundo episodio de erupción gamma de incluso mayor amplitud ocurrió entre febrero y marzo de 2024, extendiendo la campaña de observación y enriqueciendo el conjunto de datos con condiciones de emisión distintas.
El fondo extragaláctico de luz: el obstáculo cósmico que define el límite
El fondo extragaláctico de luz (EBL) es la acumulación de toda la radiación emitida por estrellas y galaxias a lo largo de la historia del universo, distribuida en longitudes de onda que van desde el ultravioleta hasta el infrarrojo. Para los fotones gamma de muy alta energía, este fondo no es irrelevante: cuando un fotón gamma de suficiente energía interactúa con un fotón del EBL, los dos pueden aniquilarse produciendo un par electrón-positrón. Este proceso, denominado absorción por producción de pares, reduce progresivamente el flujo observado de fuentes distantes a medida que aumenta la energía.
A un corrimiento al rojo de z ≈ 1, la atenuación por EBL a energías de 100-300 GeV es muy significativa. El hecho de que OP 313 haya sido detectable a pesar de esa barrera es una consecuencia directa de la violencia de su erupción: la fuente estaba emitiendo tantos fotones gamma que, incluso tras absorber la mayor parte de ellos a lo largo de 8.000 millones de años de viaje, quedaban suficientes para producir una señal estadísticamente significativa en el LST-1.
La detección de OP 313 a z ≈ 1 no solo es un hito de distancia: también proporciona nuevos vínculos sobre la densidad del EBL entre corrimientos al rojo cero y uno, una restricción independiente valiosa para los modelos del fondo de luz extragaláctico que complementa otras mediciones existentes.
El modelo de dos zonas: interpretando la distribución espectral de energía
El equipo construyó la distribución espectral de energía (SED) en múltiples frecuencias durante la erupción y en el estado de baja emisión, combinando los datos del LST-1 con los de Fermi-LAT, los telescopios MAGIC y el seguimiento óptico coordinado con el Observatorio de Sierra Nevada (OSN). El ajuste de esa SED indica que la emisión gamma es consistente con un modelo leptónico de dos zonas.
En este escenario, los electrones relativistas del chorro producen rayos gamma mediante dispersión Compton inversa sobre campos de fotones externos: los procedentes del disco de acreción, los del toro de polvo circundante y los de la región de líneas anchas. Cada una de esas fuentes de fotones blandos actúa como semilla que los electrones del chorro amplifican hasta el rango VHE. Las simulaciones muestran que varias combinaciones de estas fuentes pueden reproducir satisfactoriamente la emisión observada, lo que impide identificar con certeza cuál de ellas domina el proceso. Esa ambigüedad es en sí misma un resultado científico: señala que se necesitan campañas más extensas y con mejor cobertura espectral simultánea para discriminar entre escenarios.
Lo que OP 313 revela para la astrofísica de AGN y la física de partículas cósmica
OP 313 es ahora el décimo FSRQ confirmado en el régimen VHE. Su incorporación a esa lista con un corrimiento al rojo de z ≈ 1 extiende el horizonte observable en astronomía gamma terrestre hasta distancias que hace pocos años se consideraban prácticamente inaccesibles para los telescopios Cherenkov. Su detección demuestra que, bajo condiciones de erupción suficientemente extremas, los blazares FSRQ de alta redshift sí pueden emitir un número de fotones VHE detectable a pesar de la atenuación por EBL.
Esta perspectiva tiene implicaciones para la búsqueda de fuentes de neutrinos de alta energía. Los modelos lepto-hadrónicos para FSRQs predicen que los mismos procesos que producen rayos gamma pueden generar neutrinos mediante interacciones de protones relativistas. La caracterización detallada de la SED de OP 313 contribuye a calibrar esos modelos y orienta búsquedas futuras con detectores como IceCube hacia estados de erupción específicos en fuentes con perfiles similares.
Para el CTAO, el mensaje más directo es que su primer telescopio prototipo ya ha probado su capacidad para observar el universo VHE a distancias cosmológicas. Cuando los cuatro LST del norte y los múltiples telescopios de tamaño mediano y pequeño del array completo estén en operación, la sensibilidad y el área colectora permitirán caracterizar sistemáticamente poblaciones enteras de FSRQs distantes, transformando lo que hoy es un descubrimiento excepcional en una línea de investigación rutinaria.
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© 2026 SKYCR.ORG | Homer Dávila Gutiérrez, FRAS. Todos los derechos reservados. Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización expresa. Con información de arXiv DOI: 10.48550/arxiv.2605.26681
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