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El telescopio LST-1 en La Palma detecta el Púlsar del Cangrejo a muy alta energía

June 22, 2020

El primer prototipo de Telescopio de Gran Tamaño (LST, por sus siglas en inglés) de la Red de Telescopios Cherenkov (CTA, por sus siglas en inglés), el LST-1, ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), ha detectado una emisión de rayos gamma de muy alta energía procedente del Pulsar del Cangrejo, una estrella de neutrones situada en el centro de la nebulosa del mismo nombre. Esta observación certifica el buen funcionamiento de este telescopio que actualmente se encuentra en fase de commissioning o puesta a punto.

LST1 Telescope

Los púlsares son estrellas de neutrones que giran rápidamente y que poseen fuertes campos magnéticos. Emiten pulsos de radiación muy intensa, que van desde los rayos gamma a las ondas de radio, que solo pueden observarse desde la Tierra cuando apuntan directamente hacia nuestro campo de visión. Los llamados Telescopios Cherenkov de Imágenes Atmosféricas (IACT, por sus siglas en inglés) detectan de forma habitual fuentes con emisión intensa y continua de rayos gamma, e incluso estallidos. Gracias a los avances técnicos de los últimos años, se han detectado ya más de dos centenares de este tipo de fuentes cósmicas. Sin embargo, los púlsares son mucho más difíciles de detectar ya que sus señales son más débiles y suelen estar inmersos en nebulosas que dificultan aún más su detección. De hecho, a pesar de las numerosas observaciones realizadas por todos los telescopios Cherenkov alrededor del mundo, solo se han descubierto hasta la fecha cuatro púlsares en rayos gamma de muy alta energía. Con la reciente detección del Púlsar del Cangrejo, el LST-1 se une al reducido grupo de telescopios cherenkov capaces de detectar señales de rayos gamma procedentes de púlsares.

Crab Nebula
Imagen Multibanda de la Nebulosa del Cangrejo y el púlsar Cangrejo: el punto brillante en el centro de la imagen. Credit: NASA, ESA, G. Dubner (IAFE, CONICET-University of Buenos Aires) et al.; A. Loll et al.; T. Temim et al.; F. Seward et al.; VLA/NRAO/AUI/NSF; Chandra/CXC; Spitzer/JPL-Caltech; XMM-Newton/ESA; Hubble/STScI

Las observaciones se llevaron a cabo durante ocho noches, entre enero y febrero de 2020, obteniéndose 11,4 horas de datos, y forman parte de los trabajos que se están realizando para verificar el rendimiento del telescopio y para ajustar sus parámetros de funcionamiento. “Este hito nos muestra que el LST-1 ya está funcionando a un nivel extraordinario, detectando una fuente realmente difícil en tiempo récord”, señala Masahiro Teshima, director del Instituto Max Planck de Física en Munich e investigador principal de los telescopios LST. “Los púlsares son uno de los objetivos científicos clave de los telescopios LST, y es emocionante imaginar lo que seremos capaces de lograr cuando el telescopio esté totalmente en servicio y operativo”, añade. Mónica Vázquez, responsable científica de los telescopios LST en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), destaca que “la puesta a punto del LST-1 está muy avanzada y ha demostrado que el telescopio cumple todas las especificaciones técnicas, lo que permitirá una prometedora explotación científica en el futuro próximo”. Para la investigadora del IAC, “este resultado es muy alentador ya que actualmente estamos preparando la construcción de tres LST más en el Observatorio del Roque de los Muchachos”. Por su parte, Juan Cortina, científico del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) y coinvestigador principal del LST, subraya la contribución de las numerosas instituciones científicas española que participan en el proyecto: “La comunidad española de CTA ha hecho esto posible; después de tantos años de trabajo de todos los grupos, es gratificante ver cómo nuestro telescopio responde como esperábamos".

Los telescopios LST y la red CTA

Los LST (Large-Sized Telescope) son uno de los tres tipos de telescopios cherenkov que formarán la red CTA (Cherenkov Telescope Array) y cubrirán con gran sensibilidad la región de energías más bajas, la más difícil de estudiar, entre 20 y 150 GeV. Son telescopios de 23 metros de diámetro con un área de espejos de aproximadamente 400 metros cuadrados. Las cámaras están formadas por 1855 sensores, capaces de detectar fotones individuales con alta eficiencia. Aunque el LST mide 45 metros de altura y pesa alrededor de 100 toneladas, es extremadamente ágil, pudiendo apuntar a cualquier zona del cielo en menos de 20 segundos. El LST-1 es el prototipo del primer telescopio de su tipo que se ha construido para la Red CTA. Se inauguró en octubre 2018 y desde entonces se está trabajando para su puesta en funcionamiento. Recientemente ha superado la Revisión de Diseño Crítico (CDR) por parte del Observatorio de CTA (CTAO). Se espera que sea el primer telescopio de este observatorio en 2021.

Plot
Emisión de rayos gamma del Pulsar del Cangrejo medida por el LST-1 en función de la fase de rotación del púlsar. Durante las fases P1 y P2, el púlsar emite pulsos de rayos gamma. Credit: Colaboración LST
Animación de la emisión del púlsar Cangrejo vista por el LST-1 a lo largo de sus diferentes fases.

Animación de la emisión del púlsar Cangrejo vista por el LST-1 a lo largo de sus diferentes fases.

La colaboración LST está compuesta por más de 200 científicos de 11 países. Japón, Alemania y España son los mayores contribuyentes del consorcio LST, en el que también participan Francia, Italia, Brasil, Suiza, India, Polonia, Bulgaria y Croacia. En España forman parte de la colaboración el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), el Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), el Centro de Investigaciones Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), el Institut de Ciencies de l’Espai (ICE), la Universidad Complutense de Madrid (Grupo de Altas Energías, UCM-GAE, y Electrónica, UCM-ELEC), la Universidad de Barcelona (Departament d’Astronomia i Meteorologia, ICC-UB), el Port de Informació Científica (PIC) y la Universidad de Jaén. CTA es una iniciativa internacional para construir el observatorio de rayos gamma de alta energía más grande y sensible del mundo. Estará formado por decenas de telescopios que se ubicarán en dos observatorios: uno en el hemisferio norte en La Palma y el otro en el hemisferio sur en Chile. CTA será el primer observatorio mundial de astronomía de rayos gamma de muy alta energía abierto a toda la comunidad astronómica y de física de partículas. Con él se espera multiplicar por 10 el número de fuentes cósmicas de rayos gamma conocidas. El Consorcio CTA está compuesto por más de 1500 miembros de 31 países. Las actuaciones del IAC en el proyecto CTA están financiadas con cargo al proyecto de “Los cuatro Large Size Telescopes (LST) del CTA-Norte en el ORM” de referencia ESFRI-2017-IAC-12 del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, cofinanciado con fondos Europeos de Desarrollo Regional (FEDER) del Programa Operativo de Crecimiento Inteligente 2014- 2020, en un 85%, y con Fondos de Desarrollo de Canarias (FDCAN) procedentes del Cabildo Insular de la Palma.