SST-1M: Recent results and prospects for observation of the Galactic Center region

En el corazón mismo de nuestra galaxia la Vía Láctea se encuentra una región de intensa actividad, un vecindario congestionado lleno de densas nubes de gas, los restos fragmentados de estrellas explotadas y cúmulos masivos de estrellas jóvenes. En este entorno caótico, la naturaleza actúa como un colosal acelerador de partículas, chocando la materia para crear radiación de alta energía que viaja a través del universo. Los científicos están particularmente interesados en un tipo específico de esta radiación llamada rayos gamma de muy alta energía. Estos son la forma de luz más energética conocida, transportando millones de veces más energía que los rayos X utilizados en los hospitales. Cuando estos rayos gamma impactan la atmósfera terrestre, no llegan directamente al suelo; en su lugar, crean un destello azul breve y tenue conocido como radiación de Cherenkov. Para estudiar los motores cósmicos que producen estos rayos, los astrónomos construyen telescopios especiales en la tierra que actúan como gigantescos espejos, capturando estos fugaces destellos de luz para reconstruir el origen y la naturaleza de las fuentes situadas en lo alto.

Un equipo de investigadores ha estado trabajando con un nuevo tipo de telescopio diseñado específicamente para captar estos destellos de alta energía. Estos instrumentos, conocidos como Telescopios de Tamaño Pequeño de Espejo Único (Single-Mirror Small-Size Telescopes), operan actualmente en la República Checa. Ya han demostrado su valía al observar objetos cósmicos famosos como la Nebulosa del Cangrejo y galaxias activas distantes, pero su ubicación en el hemisferio norte limita lo que pueden ver. El objetivo más importante para este tipo de ciencia, el centro de nuestra galacia, se encuentra demasiado bajo en el cielo austral para ser observado claramente desde el norte. El equipo planea ahora trasladar sus telescopios a un nuevo sitio en Argentina, donde el Centro Galáctico es visible durante períodos mucho más largos. Al simular lo que estos telescopios verían desde esta nueva ubicación, los investigadores han demostrado que podrán mapear las complejas estructuras del núcleo galáctico y probar si las partículas allí están siendo aceleradas a energías que superan con creces lo que cualquier máquina en la Tierra podría jamás alcanzar.

El trabajo del equipo comenzó demostrando que su configuración actual en la República Checa funciona exactamente como se pretendía. Desde 2023, han operado dos de estos telescopios juntos, separados por una distancia de unos 155 metros, lo que les permite observar el cielo en estéreo, de forma muy similar a cómo los ojos humanos proporcionan percepción de profundidad. Pasaron cientos de horas observando la Nebulosa del Cangrejo, un remanente de supernova muy conocido, y midieron con éxito su espectro de energía hasta los 100 TeV, un nivel de energía que es difícil de alcanzar para otros instrumentos. Esta observación confirmó que sus telescopios pueden detectar fuentes tenues y extendidas de rayos gamma con alta precisión. También estudiaron otras regiones del cielo, como la constelación de Cygnus, donde fueron capaces de separar dos fuentes distintas de radiación que anteriormente aparecían difuminadas. Esta capacidad de distinguir detalles finos en el cielo es crucial porque el centro de nuestra galaxia es un lugar congestionado donde muchos objetos diferentes se solapan, lo que dificulta determinar qué objeto está produciendo qué señal.

Con este rendimiento verificado, los investigadores centraron su atención en el futuro. Utilizaron modelos informáticos, validados por sus datos del mundo real, para simular qué sucedería si trasladaran sus telescopios a Malargüe, en Argentina. Este nuevo sitio se encuentra a una mayor altitud y ofrece una vista clara del Centro Galáctico durante cientos de horas cada año. En su simulación, imaginaron observar la región central de la galaxia durante 250 horas, centrándose en el área conocida como la "Cresta" (Ridge), una banda de emisión difusa de rayos gamma que se extiende a través del núcleo galáctico. La simulación mostró que los telescopios serían capaces de detectar claramente las fuentes puntuales brillantes en la región, como el agujero negro supermasivo en el centro, así como el tenue y extendido resplandor de la Cresta misma. Crucialmente, la simulación demostró que los instrumentos podrían separar la luz del agujero negro y otros objetos compactos del fondo amplio y difuso, una tarea que ha resultado difícil para otros observatorios debido a la confusión de señales superpuestas.

La parte más significativa de esta simulación fue probar un misterio específico: ¿hasta qué nivel de energía alcanzan las partículas en el Centro Galáctico? Algunas teorías sugieren que la región contiene "PeVatrones", aceleradores naturales capaces de impulsar las partículas a un trillón de electronvoltios, o energías PeV. Si esto es cierto, el espectro de los rayos gamma debería mostrar una caída brusca, o corte (cutoff), en una energía alta específica. Los investigadores simularon los datos que recolectarían y los analizaron para ver si podían detectar este corte. Sus resultados indican que los telescopios serían capaces de detectar un corte con una significancia estadística de entre dos y cuatro desviaciones estándar, dependiendo del punto exacto de energía donde ocurra la caída. Esto significa que, aunque los datos podrían no ser una prueba definitiva de un solo intento, proporcionarían evidencia sólida para confirmar o descartar la existencia de estos aceleradores extremos. El estudio sugiere que la combinación de un amplio campo de visión y una alta sensibilidad hace que estos telescopios sean excepcionalmente adecuados para resolver este enigma.

En última instancia, este trabajo resalta el potencial de trasladar estos instrumentos al hemisferio sur para desentrañar los secretos del núcleo de nuestra galaxia. Los investigadores han demostrado que sus telescopios son capaces de ofrecer datos de alta calidad incluso en condiciones no ideales, y sus simulaciones confirman que un traslado a Argentina permitiría mapear la morfología y los espectros de energía del Centro Galáctico con una claridad sin precedentes. Al distinguir entre diferentes tipos de fuentes de radiación y buscar el corte espectral que señala la presencia de PeVatrones, la colaboración SST-1M tiene como objetivo responder preguntas fundamentales sobre cómo el universo acelera las partículas a sus energías más altas posibles. El camino a seguir implica reubicar el hardware en un sitio donde el Centro Galáctico sea una característica dominante del cielo nocturno, convirtiendo una región que anteriormente era difícil de estudiar en un laboratorio primario para la astrofísica de alta energía.