La colaboración internacional CTAO LST ha publicado resultados destacados a partir de las observaciones del GRB 221009A, el estallido de rayos gamma más brillante jamás registrado. El estudio, publicado en The Astrophysical Journal Letters, presenta observaciones detalladas realizadas en 2022 con el prototipo del telescopio de gran tamaño LST-1, durante su fase de puesta en marcha en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en el emplazamiento CTAO-Norte de La Palma. Los resultados aportan nueva información sobre la naturaleza de los GRB a energías muy altas y respaldan modelos basados en jets relativistas estructurados y con múltiples capas.

Mònica Seglar-Arroyo, investigadora del Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), es una de las cuatro autoras de la publicación. Coordinó el proyecto, lideró la redacción del artículo y participó en fases clave de revisión y análisis. «Esta observación fue una oportunidad única para estudiar la estructura del jet relativista de un GRB», explica Seglar-Arroyo. «Los datos apoyan de forma sólida la idea de un jet estructurado, lo que nos ayuda a comprender mejor el motor central que impulsa estos eventos explosivos».

Arnau Aguasca-Cabot, investigador del ICCUB-IEEC y coordinador del estudio, destaca las implicaciones de estos resultados: «El GRB 221009A proporciona evidencias sólidas a favor de un jet estructurado en los GRB largos. Su observación tiene implicaciones importantes para los modelos teóricos de formación de jets». Por su parte, el coautor Pol Bordas, también del ICCUB-IEEC, añade: «Eventos únicos como este GRB, que desafían los modelos teóricos existentes, pueden revelar pistas clave sobre la naturaleza aún desconocida del motor central que alimenta estos jets relativistas».

¿Qué son los GRB?

Los estallidos de rayos gamma (GRB, por sus siglas en inglés) se encuentran entre los fenómenos más energéticos del universo, capaces de liberar en segundos tanta energía como la que emite el Sol a lo largo de toda su vida. Estos destellos extragalácticos de radiación gamma suelen ir seguidos de un resplandor residual que puede durar desde horas hasta meses. En función de su duración, los GRB se clasifican en largos —probablemente asociados a supernovas— y cortos —que se cree que resultan de la fusión de estrellas de neutrones—. A pesar de su enorme brillo, son difíciles de observar en el rango de muy altas energías debido a su lejanía y a su carácter extremadamente breve.

GRB 221009A: el “más brillante de todos los tiempos”

El 9 de octubre de 2022, instrumentos espaciales como los satélites Fermi y Swift de la NASA detectaron un GRB de duración larga extraordinariamente intenso, denominado GRB 221009A. El evento fue tan potente que saturó numerosos detectores y desencadenó una campaña de observación global. El LST-1 comenzó a observar el fenómeno tan solo 1,33 días después del estallido y recopiló datos durante un periodo de 20 días.

Los datos revelaron un indicio de exceso en el flujo de rayos gamma que, aunque no fue suficiente para reclamar una detección formal, permitió establecer límites superiores muy restrictivos y discriminar entre modelos teóricos en competencia. En particular, las observaciones favorecen escenarios en los que los GRB están impulsados por jets relativistas estructurados, con un núcleo estrecho y ultrarrápido rodeado por capas más lentas y anchas de material. Este escenario contrasta con modelos anteriores más simples y proporciona restricciones importantes sobre los mecanismos que gobiernan la formación de jets tanto en supernovas como en fusiones de estrellas de neutrones.

Observaciones bajo luz lunar

Uno de los retos más singulares de este estudio fue que una parte significativa de los datos del LST-1 se tomó bajo condiciones de fuerte luz lunar, un factor que normalmente dificulta las observaciones con telescopios Cherenkov. «El hecho de que los Large-Sized Telescopes puedan operar bajo condiciones tan brillantes es en sí mismo un hito», añade Seglar-Arroyo. «Amplía nuestra capacidad de responder con rapidez a fenómenos cósmicos transitorios, incluso cuando las condiciones de observación están lejos de ser ideales».

Las soluciones técnicas implementadas por la colaboración LST permitieron que el LST-1 fuera el primer telescopio Cherenkov en observar este evento. Fue la primera vez que el telescopio registró con éxito datos bajo una luz lunar tan intensa, demostrando la flexibilidad de los LST y abriendo nuevas posibilidades para la observación de fenómenos astrofísicos transitorios de muy alta energía.