Una explosió de raigs gamma rècord revela noves pistes sobre els jets còsmics
NOTA DE PREMSA
Un equip internacional de científics ha anunciat observacions revolucionàries sobre la GRB 221009A, l’explosió de raigs gamma (gamma-ray burst, GRB) més brillant mai registrada. Publicades avui a la revista The Astrophysical Journal Letters, aquestes observacions proporcionen l’evidència més sòlida fins ara de l’existència de jets complexos i estructurats en explosions còsmiques de llarga durada, considerades entre els esdeveniments més poderosos de l’univers.
Un equip internacional de científics ha anunciat observacions revolucionàries sobre la GRB 221009A, l’explosió de raigs gamma (gamma-ray burst, GRB) més brillant mai registrada. Publicades avui a la revista The Astrophysical Journal Letters, aquestes observacions proporcionen l’evidència més sòlida fins ara de l’existència de jets complexos i estructurats en explosions còsmiques de llarga durada, considerades entre els esdeveniments més poderosos de l’univers.
El treball, liderat per l’expert Arnau Aguasca-Cabot, de l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB) i l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (ICCUB-IEEC), compta amb la participació destacada dels investigadors Pol Bordas, Marc Ribó i Josep Maria Paredes (ICCUB-IEEC), entre altres experts.
Els autors formen part del projecte científic global anomenat Col·laboració CTAO LST, destinat a avançar en l’astronomia de raigs gamma de molt alta energia. El projecte reuneix experts de més d’onze països per dissenyar, construir i operar els telescopis de grans dimensions (large-sized telescope, LST) de l’Observatori de la Xarxa de Telescopis de Txerenkov (Cherenkov Telescope Array Observatory, CTAO), una instal·lació de nova generació per explorar els fenòmens més extrems de l’univers.
La GRB 221009A, coneguda com BOAT (per l’anglès brightest of all time), la van detectar per primera vegada el 9 d’octubre de 2022 observatoris espacials com els satèl·lits Fermi i Swift de la NASA. L’explosió va ser tan intensa que va saturar els detectors i va desencadenar observacions de seguiment arreu del món.
El telescopi LST-1, situat a la part nord del CTAO a l’illa de La Palma, va començar a observar l’esdeveniment només 1,33 dies després de l’explosió inicial. Això converteix aquestes observacions terrestres en les més primerenques de raigs gamma de molt alta energia d’aquest esdeveniment captades amb un telescopi de Txerenkov atmosfèric d’imatge.
Aquests instruments detecten raigs gamma de manera indirecta i capturen els breus flaixos de llum que es produeixen quan aquests raigs interactuen amb l’atmosfera terrestre. Tot i les condicions difícils a causa de la llum de la lluna, l’equip va poder registrar un excés d’esdeveniments de raigs gamma de la GRB 221009A, fet que el converteix en una descoberta rara i valuosa en aquest rang d’energia.
Una nova finestra a la física dels jets còsmics
El que fa especialment emocionant aquest descobriment és la seva contribució a la comprensió de les GRB, com funcionen i com emeten quantitats tan colossals d’energia. Les dades de l’LST-1 donen suport a la teoria que la GRB 221009A va ser impulsada per un jet estructurat, un nucli estret i ultraràpid envoltat per una ala més lenta i ampla. Això contrasta amb els models més simples de jets top-hat que s’utilitzen habitualment per descriure les GRB.
Les observacions de l’LST-1 també ajuden a distingir entre models teòrics competidors. Alguns preveien una emissió de raigs gamma de molt alta energia molt superior a l’observada. Les noves dades descarten aquests models, i així redueixen el camp d’estudi i guien la recerca futura.
«Esdeveniments únics com aquesta GRB, que desafien els models teòrics, poden revelar pistes sobre la naturalesa desconeguda del motor central que impulsa aquest jet còsmic», detalla Pol Bordas, investigador de l’ICCUB-IEEC i coautor de l’estudi.
Una fita per al CTAO i l’astrofísica d’alta energia
Aquesta campanya marca el seguiment de GRB més extens mai realitzat per l’LST-1, amb una durada de més de vint dies. També demostra la capacitat del telescopi per operar en condicions de llum de lluna, un pas important per augmentar la capacitat de resposta de l’observatori davant esdeveniments còsmics transitoris.
«Vam dur a terme la primera anàlisi en condicions de llum de lluna, i així es va establir un precedent clau per al seguiment ràpid d’esdeveniments transitoris quan la recollida de dades en temps real és crítica», detalla Mònica Seglar Arroyo, investigadora de l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) i coordinadora de l’estudi.
Aquests resultats destaquen el poder dels telescopis de nova generació del CTAO per explorar l’univers d’alta energia, ja que s’està entrant en una nova era de la recerca sobre el funcionament intern de les explosions còsmiques amb un detall sense precedents.
Com que els CTAO continuen creixent —amb més telescopis operatius en els dos hemisferis—, els científics anticipen observacions encara més ràpides i sensibles de GRB i altres fenòmens extrems.
Sobre els LST
Els telescopis de grans dimensions són una de les tres classes de telescopis que el CTAO utilitzarà per cobrir el seu ampli rang d’energia, des de 20 gigaelectró-volts (GeV) fins a 300 teraelectró-volts (TeV). Quan els raigs gamma interactuen amb l’atmosfera terrestre, generen cascades de partícules que produeixen llum de Txerenkov. Com que els raigs gamma de baixa energia generen només petites quantitats de llum de Txerenkov, calen telescopis amb grans superfícies de col·lecció per detectar-la. L’LST, amb un plat de 23 metres de diàmetre, proporcionarà la sensibilitat única del CTAO en el rang de baixa energia entre 20 i 150 GeV.
Tot i tenir una alçada de 45 metres i pesar 100 tones, cada LST pot reorientar-se cap a qualsevol punt del cel en només vint segons. Tant aquesta capacitat de reorientació ràpida com el llindar de baixa energia dels LST són crucials per als estudis del CTAO sobre fenòmens transitoris galàctics, nuclis actius de galàxia de gran desplaçament cap al vermell i esclats de raigs gamma.
La col·laboració LST del CTAO, responsable del disseny i construcció d’aquests telescopis, avança ràpidament al lloc del CTAO-Nord a La Palma. El 2018 es va inaugurar el prototip LST-1, que des de llavors ha estat en fase de comissionament. En l’actualitat, s’estan construint tres LST addicionals que es preveu que estiguin completats la primavera del 2026.
Sobre el CTAO
El CTAO serà l’observatori més gran i potent del món dedicat a l’astronomia de raigs gamma. La seva precisió sense precedents i el seu ampli rang d’energia (20 GeV - 300 TeV) ajudaran a abordar algunes de les qüestions més desconcertants de l’astrofísica, agrupades en tres grans temes: entendre l’origen i el paper de les partícules còsmiques relativistes; explorar entorns extrems, com ara forats negres o estels de neutrons, i investigar les fronteres de la física amb la recerca de matèria fosca o desviacions de la teoria de la relativitat d’Einstein.
A més, el CTAO tindrà un paper clau en els camps de la multilongitud d’ona i el multimissatger durant les properes dècades gràcies al seu rendiment millorat, que li permetrà proporcionar informació fonamental sobre raigs gamma per explorar els escenaris més extrems.
Per cobrir el seu ampli rang d’energia, el CTAO farà servir tres tipus de telescopis: els telescopis de grans dimensions (LST), els telescopis de dimensions mitjanes (medium-sized telescopes, MST) i els telescopis de dimensions petites (small-sized telescopes, SST). Es distribuiran més de seixanta telescopis entre dos llocs: el CTAO-Nord, a l’hemisferi nord, ubicat a l’Observatori del Roque de los Muchachos de l’Institut d’Astrofísica de Canàries (IAC), a l’illa de La Palma; i el CTAO-Sud, a l’hemisferi sud, situat a l’observatori de Paranal de l’Observatori Europeu Austral (ESO), al desert d’Atacama (Xile).
La seu central del CTAO és a l’Institut Nacional d’Astrofísica (INAF) a Bolonya (Itàlia) i la del Centre de Gestió de Dades (SDMC) es troba al Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, a Zeuthen (Alemanya).
El CTAO és un projecte de dades massives (big data). L’observatori generarà centenars de petabytes (PB) de dades a l’any (~12 PB després de la compressió). Fonamentat en el seu compromís amb la ciència oberta, el CTAO serà el primer observatori de raigs gamma del seu tipus que operarà com un observatori obert, basat en propostes, i proporcionarà accés públic a les seves dades científiques d’alt nivell i a productes de programari.
El gener del 2025, la Comissió Europea va establir el CTAO com a Consorci Europeu d’Infraestructura de Recerca (ERIC). Els membres fundadors del CTAO ERIC són Àustria, República Txeca, l’Observatori Europeu Austral (ESO), França, Alemanya, Itàlia, Polònia, Eslovènia i Espanya. A més, el Japó és un soci estratègic, i s’està processant l’adhesió de Suïssa i Croàcia com a membres fundadors.
El CTAO ERIC, conegut habitualment com l’Organització Central del CTAO, és responsable de construir i operar l’observatori. Aquest grup treballa en estreta cooperació amb socis d’arreu del món per al seu desenvolupament. Els principals socis inclouen col·laboracions de contribució en espècie que desenvolupen components essencials de maquinari i programari, a més del Consorci CTAO, un grup internacional d’investigadors que treballa en l’explotació científica de l’observatori.
Article de referència:
Abe, K., et al. «GRB 221009A: Observations with LST-1 of CTAO and implications for structured jets in long gamma-ray bursts». The Astrophysical Journal Letters, juliol de 2025. DOI: 10.3847/2041-8213/ade4cf.
Podeu veure el vídeo de la recerca en aquest enllaç.
Galeria multimèdia
El telescopi LST-1 a l'Observatori del Roque de los Muchachos de l’Institut d’Astrofísica de Canàries (IAC) a La Palma. Crèdit: Tomohiro Inada
Contacte
Comunicació Institucional