Els tres equips capdavanters en el camp de l’astrofísica de raigs gamma de molt alta energia, MAGIC, H.E.S.S. i VERITAS, en col·laboració amb un grup de radioastrònoms, han descobert la localització exacta de la regió d’acceleració de partícules en la veïna radiogalàxia gegant Messier 87, un nucli galàctic actiu situat a uns 55 milions d’anys llum de la Terra. La troballa, publicada per la revista Science, és la primera d’aquestes característiques que es produeix en una galàxia, i permetrà als investigadors conèixer millor el funcionament d’aquests nuclis galàctics actius i els fenòmens físics que es produeixen en les proximitats dels seus forats negres. En l’equip científic han participat els investigadors Josep M. Paredes, Marc Ribó, Javier Moldón, Valentí Bosch-Ramon, Pol Bordas i Víctor Zabalza del Departament d’Astronomia i Meteorologia de la UB.

Les observacions simultànies que s’han dut a terme en els dos extrems de l’espectre electromagnètic amb radiotelescopis i telescopis de raigs gamma indiquen que Messier 87 accelera partícules a molt altes energies en les proximitats del forat negre que hi ha al centre. Els resultats es van obtenir a partir d’observacions radioastronòmiques i de radiació gamma de molt alta energia de Messier 87 l’any 2008. Daniel Mazin, de l’Institut de Física d’Altes Energies de Barcelona (IFAE), adscrit a la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), i Robert Wagner, de l‘Institut Max Planck de Física de Munic, membres de la col·laboració MAGIC; juntament amb investigadors dels telescopis H.E.S.S. i VERITAS, i un equip de radioastrònoms que van emprar el Very Long Baseline Array (VLBA), van organitzar una campanya d’observacions coordinades sense precedents, de 120 hores de durada.

Messier 87 és una radiogalàxia el·líptica gegant situada a tot just 55 milions d’anys llum de la Terra. En el centre hi ha un forat negre supermassiu, la massa del qual és uns 6.000 milions de vegades la del Sol. Del forat negre emana un doll de material en el qual partícules carregades (electrons i protons) són accelerades a velocitats pròximes a les de la llum. En aquests processos d’acceleració es produeixen també raigs gamma de molt alta energia, fotons un bilió de vegades més energètics que els de la llum visible. Els raigs gamma constitueixen la radiació electromagnètica de més energia que existeix. Es produeixen en els fenòmens còsmics més violents, com ara les supernoves, els nuclis galàctics actius, i en les anomenades explosions de raigs gamma, i ens permeten estudiar condicions físiques extremes, impossibles de reproduir en un laboratori. No obstant això, la localització exacta de l’emissió de raigs gamma procedent de Messier 87 era, fins ara, desconeguda, a causa de la limitada resolució angular dels telescopis de raigs gamma.

A l’inici del 2008, els tres millors observatoris de raigs gamma del món en aquest rang d’energies, el telescopi MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov), VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System) i H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) van observar conjuntament Messier 87 i van aconseguir acumular 120 hores de dades. Durant aquesta campanya d’observació, Messier 87 va experimentar dos episodis d’increment ràpid en l’emissió de raigs gamma. Observacions radioastronòmiques simultànies d’alta resolució de l’activitat de Messier 87 dutes a terme amb el VLBA, un sistema de radiotelescopis distribuïts arreu dels Estats Units, evidencien un increment de l’emissió d’ones de ràdio procedents del nucli més intern de la galàxia, nucli que se situa en el veïnatge immediat del forat negre central.

«Només l’estreta col·laboració d’observatoris capaços de veure ambdós extrems de l’espectre electromagnètic ha permès d’identificar la localització de l’activitat registrada durant els episodis d’emissió de raigs gamma, i, en conseqüència, el lloc en què es troba l’accelerador de partícules de Messier 87», explica Daniel Mazin, de l’Institut de Física d’Altes Energies de Barcelona. El descobriment, el primer d’aquestes característiques que es duu a terme en una galàxia, possibilita als investigadors ampliar el coneixement que tenien fins ara del funcionament d’aquests nuclis galàctics actius, i quins són els fenòmens físics que es produeixen en les proximitats dels seus forats negres gegants.

El telescopi MAGIC

El telescopi MAGIC, situat a l’Observatori del Roque de los Muchachos de l’Institut d’Astrofísica de Canàries (illa de La Palma), HESS (a Namíbia) i VERITAS (a Arizona, EUA), són telescopis de llum Txerenkov atmosfèrica d’última generació. Utilitzen grans miralls i càmeres ultraràpides per detectar els brevíssims centelleigs de llum blavosa (llum Txerenkov) produïts per les cascades de partícules subatòmiques generades en la interacció dels raigs gamma de molt alta energia amb l’atmosfera. En total, uns quatre-cents científics participen en aquests projectes, i constitueixen una bona part de la comunitat de l’astrofísica de raigs gamma a escala mundial.

MAGIC va ser construït i és utilitzat per al voltant de 150 científics d’Alemanya, Itàlia, Espanya, Suïssa, Polònia, Finlàndia, Croàcia, Bulgària i els Estats Units. Per la part espanyola participen en MAGIC, a més de l’Institut de Física d’Altes Energies de Barcelona, la Universitat Autònoma de Barcelona, la Universitat de Barcelona, l’Institut de Ciències de l’Espai de Barcelona, l’Institut d’Astrofísica d’Andalusia, l’Institut d’Astrofísica de Canàries i la Universitat Complutense de Madrid.

MAGIC està en actiu des del 2004 i, entre altres resultats de rellevància, ha descobert la font més llunyana coneguda de raigs gamma de molt alta energia, a més de 5.000 milions d’anys llum de distància, i l’emissió de radiació gamma procedent d’una estrella de neutrons en rotació, el púlsar del Cranc. Recentment va entrar en funcionament un segon telescopi MAGIC que, pel fet d’operar simultàniament amb el primer, millorarà substancialment la  sensibilitat, la qual cosa permetrà detectar noves fonts de raigs gamma, menys brillants, i fer estudis més detallats de les ja conegudes.

Els investigadors de MAGIC i H.E.S.S. col·laboren actualment en el projecte Cherenkov Telescope Array (CTA). Aquest observatori de raigs gamma de nova generació disposarà d’uns 100 telescopis, cosa que multiplicarà per deu la sensibilitat en relació amb els instruments actuals.