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El cielo en llamas: las observaciones de LAMOST revelan la naturaleza de fuentes desconocidas de rayos gamma

 

Un equipo internacional de astrónomos reveló la naturaleza de cientos de fuentes emisoras de rayos gamma y descubrió que la mayoría de ellas pertenecen a la clase de galaxias activas conocidas como blazares.

Uno de los enigmas más intrigantes y aún sin resolver en la astronomía de rayos gamma es la búsqueda de contrapartes de baja energía de fuentes de rayos gamma no identificadas. Las fuentes no identificadas constituyen aproximadamente 1/3 de todos los objetos celestes detectados por el satélite Fermi hasta la fecha, el telescopio espacial de rayos gamma más reciente y con capacidades sin precedentes para observar el cielo de alta energía.

Dado que la mayor parte de fuentes de rayos gamma conocidas son blazares, los astrónomos creen que también pueden clasificar la mayoría de las fuentes de rayos gamma no identificadas como blazares. Así, varios astrofísicos de todo el mundo desarrollaron recientemente varios métodos para buscar candidatos a blazares, utilizando observaciones en diferentes frecuencias y procedimientos estadísticos. Sin embargo, para comprender completamente su naturaleza es necesario observar el espectro de los candidatos a blazares en frecuencias visibles, las mismas accesibles por los ojos humanos.

Los blazares son galaxias extremadamente raras, impulsadas por agujeros negros. Albergan un agujero negro supermasivo en sus regiones centrales que barrió la materia a casi la velocidad de la luz en forma de un poderoso jet que apunta hacia la Tierra, vea la Figura 1 para una vista artística de un jet de galaxias activo representado en el Observatorio Europeo Austral (ESO). Las partículas aceleradas en estos chorros pueden emitir luz hasta los rayos gamma más energéticos, siendo así visibles por los instrumentos a bordo del satélite Fermi.

Figura 1: Representación artística de un jet de galaxias activo. (Créditos: ESO / M. Kornmesser)

 

Este proyecto fue diseñado inicialmente por los profesores Francesco Massaro de la Universidad de Turín y Vahram Chavushyan del INAOE, entre otros colaboradores internacionales. En particular, esta investigación fue dirigida por el Dr. Harold Peña Herazo, egresado del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), en donde los astrónomos analizaron cientos de espectros ópticos recolectados gracias al Telescopio Espectroscópico de Fibra Multi-Objeto Large Sky Area (LAMOST) en la Estación Xinglong en China. LAMOST brindó una oportunidad única para revelar la naturaleza de las fuentes de tipo blazar pueden ser potenciales contrapartes de fuentes de rayos gamma no identificadas. Esta investigación agregó otro paso hacia un mejor conocimiento de esta desconcertante población de objetos celestes.

De la lista de fuentes descubiertas por el satélite Fermi, los investigadores seleccionaron una muestra de candidatos Blazar de tipo incierto (BCU, por sus siglas en inglés), que comparten varias propiedades en común con los blazares. Sin embargo, las observaciones espectroscópicas ópticas son necesarias para su clasificación adecuada y confirmar su naturaleza. Utilizando datos espectroscópicos disponibles en el archivo LAMOST, los investigadores pudieron clasificar decenas de BCU como blazares. Además, los datos de LAMOST también permitieron verificar la naturaleza de cientos de blazares adicionales mediante la búsqueda de líneas de emisión o absorción, que se utilizan para determinar sus distancias cosmológicas.

La Figura 2 muestra un ejemplo del espectro óptico de un BL Lac presente en la muestra analizada y conocido como J065046.49+250259.6. La mayor parte de la radiación se concentra en longitudes de onda azules, como se espera para las fuentes astronómicas en las que la luz visible está dominada por la radiación un jet de plasma que apunta hacia nosotros. En la imagen del espectro se aprecia la ausencia de líneas de emisión o absorción, esta carencia de rasgos espectroscópicos es característico de la clase blazares conocidas como objetos BL Lac.

En astrofísica extragaláctica la presencia de líneas espectrales permite medir la distancia cosmológica de los objetos, por lo que la ausencia de rasgos espectrales hace que medir las distancias cosmológicas de los objetos BL Lac sea una tarea extremadamente desafiante. Solo para una pequeña fracción de los objetos BL Lac sabemos su distancia. Sin embargo, gracias a las observaciones de LAMOST, algunas más de ellas revelaron afortunadamente firmas visibles en sus espectros ópticos.

Figura 2: Ejemplo del espectro óptico completamente sin características del BL Lac conocido como J065046.49 + 250259.6. En el fondo está el campo alrededor del objeto como lo ve el levantamiento PanSTARRS. (Crédito: Dr. Harold Peña Herazo usando datos de PanSTARRS y LAMOST)

Esta investigación es un paso crucial en la identificación de fuentes extragalácticas de rayos gamma, dice el Dr. Peña Herazo, actualmente becario postdoctoral del Observatorio de Asia Oriental, y continuaremos explorando resultados sin precedentes de la encuesta LAMOST en los próximos años, con el objetivo de al descubrir nuevos blazares de rayos gamma hacia una comprensión completa del cielo de rayos gamma.

Nuestro análisis mostró el gran potencial del telescopio LAMOST - agrega el Prof. Massaro en UniTO - y nos permitió descubrir algunos blazares de apariencia cambiante para los cuales el espectro óptico visto en los conjuntos de datos LAMOST es completamente diferente al disponible en la literatura. Finalmente, cabe destacar que la posibilidad de utilizar observaciones LAMOST para estimar distancias cosmológicas blazar es fundamental para estudiar esta población, su evolución cosmológica, la huella en la luz de fondo de rayos gamma extragalácticos en los espectros de rayos gamma, y la contribución de blazar al fondo extragaláctico de rayos gamma.

"Comencé a trabajar en esta campaña óptica, analizando datos espectroscópicos, en 2015, y hoy en día, gracias a las observaciones disponibles en el archivo LAMOST, ciertamente hemos dado un paso significativo hacia la identificación de fuentes de rayos gamma con blazares. Perspectivas de futuro alcanzables gracias a Los conjuntos de datos de LAMOST revelarán definitivamente la naturaleza de cientos de nuevos blazares en los próximos años “, comentó la Dra. Federica Ricci de la Universidad de Bolonia y del INAF-OEA.

El equipo de investigación completo está constituido por el Dr. Harold Peña Herazo, becario postdoctoral del Observatorio de Asia Oriental en Estados Unidos; El Prof. Francesco Massaro de la Universidad de Turín en Italia; Vahram Chavushyan del INAOE en México; El Prof. Minfeng Gu del Observatorio Astronómico de Shanghai en China; Alessandro Paggi y Marco Landoni en el Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) en Italia; Raffaele D'Abrusco en el Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian; Federica Ricci en la Universidad de Bolonia e INAF-OAS, y Nicola Masetti en el INAF en Italia y también afiliado a la Universidad Andrés Bello en Chile.

Los artículos revisados por pares se publican en Astronomical Journal y están disponibles en los siguientes enlaces:

The Astronomical Journal, 161:196 (11pp), 2021 April https://doi.org/10.3847/1538-3881/abe41d

The Astronomical Journal, 162:76 (9pp), 2021 August https://doi.org/10.3847/1538-3881/ac09e2