El sistema binario LS I +61 303 es el primer microquasar de nuestra galaxia en el que se ha encontrado emisión variable de rayos gamma de muy alta energía. El descubrimiento ha sido publicado en la revista Science el 18 de mayo, en un artículo firmado por un equipo internacional de expertos que colaboran en el Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov telescope (MAGIC), del cual forman parte los investigadores Josep Maria Paredes, Marc Ribó, Valentí Bosch-Ramon y Pol Bordas del Departamento de Astronomía y Meteorología de la UB.

Los microquasares son sistemas estelares binarios formados por una estrella normal y un objeto compacto (agujero negro o estrella de neutrones) que muestran jets de partículas relativistas. Las observaciones llevadas a cabo por MAGIC entre octubre del 2005 y marzo del 2006 han revelado que el microquasar LS I +61 303 emite rayos gamma de muy alta energía que llegan a la Tierra. La radiación detectada tiene energías superiores a 100 giga-electronvolts, es decir, 100.000 millones de veces más energética que la luz visible. «Uno de los resultados más destacados –comenta Josep Maria Paredes- es que la intensidad de la emisión de rayos gamma de este microquasar es variable». En el caso del microquasar LS I +61 303, el objeto compacto es probablemente una estrella de neutrones, que completa un ciclo orbital alrededor de la estrella compañera cada 26 días. El patrón de emisión de  rayos gamma se repite cada 26 días, hecho que indica que los rayos gamma son producidos por procesos altamente energéticos dentro del sistema binario. Según los autores del artículo, el mecanismo más plausible para explicar esta emisión sería la dispersión de fotones de la estrella compañera por parte de las partículas relativistas de los jets. Futuras observaciones del microquasar LS I +61 303 con MAGIC, además de la interpretación teórica de los actuales resultados, ayudarán a esclarecer los mecanismos de emisión de rayos gamma en microquasares y en objetos astrofísicos con jets de partículas relativistes en general.

Los rayos gamma de muy alta energía están relacionados con fenómenos violentos y muy energéticos del Universo –como los blazares- y sólo unos pocos objetos de nuestra galaxia pueden producirlos: por ejemplo, las supernovas y los púlsares. En el año 2000, en la revista Science, los investigadores Josep Mª Paredes, Marc Ribó, Josep Martí y Maria Massi publicaron el descubrimiento del primer microquasar con emisión de rayos gamma de alta energía identificado en nuestra galaxia: el microquasar LS 5039, por el cual Josep Maria Paredes recibió el Premio Ciutat de Barcelona 2000 a la investigación científica. Este descubrimiento era la primera evidencia observacional de los microquasares como fuentes de radiación gamma de alta energía no identificadas todavía en nuestra galaxia, una hipótesis que ahora queda  confirmada por el nuevo artículo publicado en Science.

El estudio de los microquasares es uno de los objetivos principales de los observatorios espaciales que exploran el Universo en rayos X y gamma. Los microquasares asocian dos aspectos de la física relativista: los agujeros negros de origen estelar, identificados por la radiación X que provocan, y los jets de partículas relativistas. Estos jets se detectan claramente en la banda radio y muestran fenómenos que son observables en todo el espectro electromagnético, desde radio hasta los rayos gamma de muy alta energía. Por ello, son considerados auténticos «laboratorios galàcticos» para comprender mejor la física en los campos gravitarios más intensos y los fenómenos análogos (jets relativistas, etc) que tienen lugar en los quasares y núcleos activos de galaxias a grandes distancias cósmicas. Recientemente se han obtenido evidencias que apuntan a la relación entre los microquasares y otros tipos de objetos de la astrofísica de altas energías: las fuentes no identificadas de radiación gamma en nuestra galaxia y las explosiones de radiación gamma (Gamma Ray Bursts), que son los fenómenos más energéticos que se conocen en el Universo (después del Big Bang que lo originó). Actualmente, ésta es una de las áreas más destacadas de confluencia entre la física y la astronomía  modernas.

Los primeros indicios claros sobre la existencia de los microquasares surgieron en el año 1990, cuando se puso en órbita el telescopio SIGMA de máscara codificada para rayos gamma. Las primeras observaciones del centro de nuestra galaxia con este telescopio permitieron la detección de una fuente compacta de aniquilamiento de materia-antimateria. El objeto cósmico fue bautizado por la editorial de la revista americana Physics Today con el nombre de «gran aniquilador». Como el objeto parecía una réplica en miniatura de las estructuras observadas en los quásares, en un artículo publicado en portada de la  Nature (1992), los científicos Félix Mirabel –investido doctor honoris causa en el  2004 a la UB-  y Luís F. Rodríguez propusieron que el gran aniquilador podría considerarse un auténtico  microquasar. De momento, en nuestra galaxia se han descubierto unos 20 microquasares.

En un microquàsar, la estrella ordinaria gravita alrededor del otro objeto cósmico. Cuando los dos cuerpos están muy próximos, se produce una transferencia de materia desde el objeto más masivo (estrella) hasta el más compacto (agujero negro o estrella de neutrones) a causa de la atracción gravitatoria. Esta materia forma un disco alrededor del objeto compacto (disco de acreción) que produce dos jets de plasma relativista a lo largo del eje de rotación del disco de acreción. Los mecanismos físicos de la acreción y eyección de materia son similares a los que están en juego en los quasares (Quasi Stellar Radio Sources) pero a una escala millones de veces más pequeña. Todo indica que la asociación entre los jets bipolares y los discos de acreción es un fenómeno universal en los quasares y microquasares. La idea predominante es que los jets de materia son propulsados por la enorme energía de rotación de los objetos compactos y el disco de acreción que los rodean.

El proyecto Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov telescope (MAGIC) hace referencia al telescopio de Cherenkov más grande del mundo, con 17 metros de diámetro, dedicado a la detección de rayos gamma de origen galáctico o extragaláctico, instalado en el Observatorio del Roque de los Muchachos a Garafía (La Palma). Los telescopios de radiación de Cherenkov detectan la luz producida por la radiación gamma de muy alta energía, y son los únicos que pueden hacer astronomía gamma en equipos situados en tierra.

MAGIC es el resultado de una colaboración internacional de diversas universidades e institutos de investigación.  Por parte de la UB, forman parte los astrofísicos Josep Maria Paredes, Marc Ribó, Valentí Bosch-Ramon y Pol Bordas, investigadores del Departamento de Astronomía y Meteorología. Además, Josep Maria Paredes es miembro del Collaboration board de MAGIC, el órgano superior de toma de decisiones de la colaboración. En el Estado español, además de la UB, MAGIC cuenta con la participación del Instituto de Física de Altas Energías de Barcelona, la Universidad Autónoma de Barcelona y la Universidad Complutense de Madrid.  Los otros países participantes son Alemania, Italia, Finlandia, Polonia, Suiza, Armenia, Rusia y Estados Unidos. España, Alemania e Italia son los principales responsables de la construcción de este instrumento. Los proyectos científicos en los que trabaja MAGIC están relacionados con supernovas, púlsares, explosiones de rayos gamma (GRB), galaxias de núcleo activo, materia oscura y sistemas binarios como los microquasares.

Créditos de las imágenes: MAGIC, European Space Agency (ESA), NASA i Félix Mirabel