OP 313: telescópios detectam o blazar mais distante já observado em raios gama de altíssima energia

As observações do LST-1, protótipo do Large-Sized Telescope do Observatório Cherenkov de Telescópios (CTAO), e dos dois telescópios MAGIC estabeleceram o OP 313 como o blazar mais distante já detectado em raios gama de altíssima energia — ou VHE, na sigla em inglês, acima de 100 GeV. Durante uma explosão registrada em dezembro de 2023, os instrumentos mediram uma emissão significativa, de cerca de 0,3 unidade Crab acima de 100 GeV, apesar de a fonte estar a aproximadamente 8 bilhões de anos-luz da Terra. 3

Como os telescópios identificaram o sinal

O LST-1 começou a observar o OP 313 depois que o telescópio espacial Fermi-LAT alertou para um aumento de atividade da fonte. Seu baixo limiar de energia e sua grande área de coleta foram decisivos para registrar os raios gama de altíssima energia. As observações dos telescópios MAGIC deram suporte independente à detecção e ampliaram a medição da emissão VHE. 73

LST-1 e MAGIC são telescópios de efeito Cherenkov atmosférico. Eles não captam diretamente cada raio gama como um telescópio óptico registra a luz visível. Em vez disso, identificam os breves chuveiros de partículas e os flashes de radiação Cherenkov produzidos quando esses fótons atingem a atmosfera terrestre.

Uma mensagem enviada de um Universo jovem

O desvio para o vermelho de 0,997 indica que os fótons foram emitidos quando o Universo era muito mais jovem. A luz partiu de uma época posterior ao auge da formação de estrelas, conhecido como “meio-dia cósmico”, e viajou por cerca de 8 bilhões de anos antes de chegar à Terra. 31

Por isso, o OP 313 passou a deter o recorde de distância especificamente entre blazares ou núcleos galácticos ativos observados no regime VHE. Isso não significa necessariamente que ele seja a fonte mais distante já detectada em qualquer categoria de fenômeno VHE.

Raios gama como uma sonda da luz cósmica

Durante a viagem, os raios gama atravessaram a luz de fundo extragaláctica (EBL), uma radiação difusa acumulada ao longo da história cósmica pela luz de estrelas e galáxias. Ao interagir com fótons ópticos e infravermelhos da EBL, os raios gama podem produzir pares de elétron e pósitron. Esse processo retira parte dos fótons do feixe original e deixa uma marca de atenuação que depende da energia.

Ao comparar o espectro observado com modelos do espectro emitido originalmente e combinar dados do Fermi, do LST-1 e do MAGIC, os pesquisadores conseguiram estabelecer limites superiores rigorosos para a densidade total da EBL. No ajuste baseado nos dados do LST-1, por exemplo, foi obtido o limite λIλ < 8,74 nW m⁻² sr⁻¹ em 0,6 μm. 3

O que alimenta a explosão do blazar

Os dados obtidos em várias faixas do espectro são compatíveis com um cenário em que elétrons altamente relativísticos no jato do OP 313 espalham, por efeito Compton inverso, fótons de menor energia e os elevam à faixa dos raios gama. Como o jato aponta próximo à direção da Terra, o feixe relativístico intensifica muito o brilho observado. 3

O OP 313 é um quasar de rádio de espectro plano: uma galáxia ativa cujo buraco negro supermassivo alimenta um jato de plasma veloz. O alinhamento desse jato com a nossa linha de visão é uma das razões pelas quais o objeto pode ser observado a uma distância tão extrema.

Primeira descoberta científica do LST-1

O resultado também tem importância para a própria instrumentação. Trata-se da primeira descoberta do LST-1 enquanto o telescópio ainda estava em comissionamento, demonstrando que o protótipo consegue explorar a faixa de menor energia do regime VHE — justamente a região mais importante para estudar fontes distantes, cuja emissão é fortemente atenuada pela EBL.

O conjunto planejado de quatro telescópios LST do CTAO-North, em La Palma, tem inauguração prevista para 15 de outubro e foi projetado para alcançar energias próximas de 20 GeV. Com maior sensibilidade nessa faixa, o arranjo poderá ampliar a busca por emissores de raios gama ainda mais distantes. 1245