Una investigación internacional, con participación del Instituto de Astrofísica de Canarias, revela que las perturbaciones en los campos magnéticos de las galaxias podrían estar relacionadas con la formación estelar. El estudio ha cartografiado los campos magnéticos de una quincena de galaxias en la vecindad de la Vía Láctea. Los datos se han obtenido con el instrumento HAWC+ a bordo de SOFIA, un telescopio infrarrojo aerotransportado en un Boeing 747 que estuvo operativo hasta septiembre de 2022. Los resultados se publican en la revista The Astrophysical Journal.
Durante décadas, los astrónomos han estudiado las fuerzas que rigen el interior de las galaxias -gravedad, energía cinética, radiación estelar, presión del gas-, pero los campos magnéticos se desconocen casi por completo. Estos pueden ser una parte fundamental de la evolución de las galaxias, ya que arrastran el gas interestelar hacia su agujero negro supermasivo, regulan el ritmo de formación de nuevas estrellas, influyen en la formación de nubes de gas molecular e incluso podrían afectar a la cinemática interna de los discos de las galaxias espirales.
Los campos magnéticos son difíciles de detectar. Sus líneas de campo se esconden entre las estrellas y las nubes de gas que componen las galaxias y no emiten luz por sí mismas. Por eso, los astrónomos necesitan utilizar equipos especializados para detectar sus efectos en la evolución interna de las galaxias.
Uno de estos instrumentos es HAWC+ (High-resolution Airborne Wideband Camera) a bordo de SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy), un proyecto conjunto de NASA y la Agencia Espacial Alemana (DLR) consistente en un telescopio de 2,7 metros montado sobre un avión Boeing 747 modificado, capaz de volar sobre el 99% de la atmósfera terrestre. HAWC+ es capaz de observar la luz polarizada emitida en el infrarrojo lejano por granos de polvo alineados magnéticamente en galaxias e inferir los efectos de los campos magnéticos en las profundidades de nubes moleculares frías y oscuras.
Efectos de la formación estelar
Un equipo científico internacional, en el marco del proyecto SALSA (Survey of extragALactic magnetiSm with SOFIA), ha volado con HAWC+ para observar 15 galaxias en la vecindad de la Vía Láctea. Gracias a este instrumento, se han cartografiado los campos magnéticos en el infrarrojo lejano de estas galaxias y comparado sus estructuras con las obtenidas en ondas de radio con el Very Large Array, en Nuevo México, y el radiotelescopio Effelsberg, en Alemania.
En el estudio se han incluido galaxias con brotes estelares, es decir, galaxias que forman estrellas a un ritmo increíblemente alto, a menudo como consecuencia de una colisión galáctica reciente u otras perturbaciones gravitatorias, y galaxias con núcleos galácticos activos, que son aquellas que albergan un agujero negro supermasivo que emite chorros energéticos de gas ionizado.
Los resultados del proyecto SALSA revelan que los campos magnéticos de las nubes de gas turbulento, denso y con formación estelar están más desordenados que los del gas interestelar difuso rastreado por radiotelescopios, un efecto potencialmente relacionado con los efectos de la formación estelar.
“Por primera vez podemos estudiar el campo magnético trazado por los granos de polvo interestelar, que emiten luz polarizada debido a que están alineados por el campo magnético presentes en el interior de las nubes moleculares frías y densas”, explica Alejandro S. Borlaff, investigador del Centro de Investigación Ames de NASA en California que ha liderado el estudio y que obtuvo su doctorado en el IAC. “Los resultados demuestran que los campos magnéticos están intrínsecamente relacionados con la formación estelar y que su amplificación puede estar desencadenada por los mismos procesos que forman nuevas estrellas”, añade.
Los resultados de SALSA también muestran que SOFIA es más eficaz que los radiotelescopios para rastrear el campo magnético alineado en paralelo a la dirección de los flujos galácticos generados en galaxias con brotes estelares. Por su parte, los radiotelescopios tienden a ser más sensibles a los campos magnéticos presentes en el gas difuso de las regiones situadas entre los brazos de las galaxias.
“Los distintos rangos espectrales (infrarrojo lejano y radio) revelan diferentes capas de la estructura de los campos magnéticos”, señala John Beckman, profesor de investigación emérito del IAC y de la Universidad de La Laguna (ULL), que ha participado en el estudio. “Las observaciones de polarización de alta resolución en el infrarrojo lejano de galaxias, como las proporcionadas por SOFIA/HAWC+ hasta su último vuelo en septiembre de 2022, son vitales para comprender el papel de los campos magnéticos en la evolución del Universo”, subraya.
“Aún está por descubrir como el campo magnético que vemos en estas galaxias cercanas ha llegado a formarse y amplificarse. Observaciones en el infrarrojo lejano con futuros observatorios espaciales o en el submilimétrico con ALMA (Atacama Large Millimetre Array) pueden medir los campos magnéticos en galaxias mas lejanas, trazando así la historia del campo magnético con la evolución de galaxias”, concluye Enrique López Rodríguez, investigador del Instituto Kavli de Partículas Astrofísicas y Cosmología (KIPAC) en la Universidad de Stanford e investigador principal de SALSA.
Artículo: Alejandro S. Borlaff et al: "Extragalactic magnetism with SOFIA (SALSA Legacy Program) -- V: First results on the magnetic field orientation of galaxies". The Astrophysical Journal, 2023. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2303.13586
Imágenes de algunas de las galaxias estudiadas (Astronomy Picture of the Day):
- Centaurus A: https://apod.nasa.gov/apod/ap210421.html ,
- M51: https://apod.nasa.gov/apod/ap210120.html ,
- NGC1068: https://apod.nasa.gov/apod/ap191216.html ,
- M82: https://apod.nasa.gov/apod/ap190311.html
Contacto en el IAC:
John Beckman, jeb [at] iac.es (jeb[at]iac[dot]es)
*Créditos: M51: (NASA, the SOFIA science team, A. Borlaff; NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)); M82: NASA/SOFIA/E. Lopez-Rodriguez; NASA/Spitzer/J. Moustakas et al.; M83: NASA/JPL-Caltech/E. Lopez-Rodriguez; NGC 253: ESO/A.S. Borlaff; NGC 1068: NASA/SOFIA; NASA/JPL-Caltech/Roma Tre Univ.; NGC 1097: NASA, the SOFIA science team, E. Lopez-Rodriguez et al.; ESO/Prieto et al.; NGC 2146: ESA/Hubble & NASA/E. Lopez-Rodriguez; NGC 3627: NASA/JPL-Caltech/R. Kennicutt (University of Arizona) and the SINGS Team/E. Lopez-Rodriguez; NGC 4736: ESA/Hubble & NASA/A.S. Borlaff; NGC 4826: ESA/Hubble & NASA, J. Lee and the PHANGS-HST Team, Acknowledgement: Judy Schmidt/A.S. Borlaff; NGC 6946: ESA/Hubble/NASA/JPL-Caltech/L.Proudfit/A.S. Borlaff; NGC 7331: Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/University of Arizona/E. Lopez-Rodriguez; Antennae galaxies: ESA/Hubble & NASA/E. Lopez-Rodriguez; Centaurus A: Optical: European Southern Observatory (ESO) Wide Field Imager; Submillimeter: Max Planck Institute for Radio Astronomy/ESO/Atacama Pathfinder Experiment (APEX)/A.Weiss et al.; X-ray and Infrared: NASA/Chandra/R. Kraft; JPL-Caltech/J. Keene; SOFIA; Circinus:Andrew S. Wilson (University of Maryland); Patrick L. Shopbell (Caltech); Chris Simpson (Subaru Telescope); Thaisa Storchi-Bergmann and F. K. B. Barbosa (UFRGS, Brazil); and Martin J. Ward (University of Leicester, U.K.) and NASA/ESA/A.S. Borlaff. Poster design: NASA/SOFIA/L. Proudfit.
En lo más profundo de la estructura espiral de las galaxias hay una fuerza escondida: los campos magnéticos. Pese a ser invisibles a los telescopios convencionales, son un factor muy importante en su evolución, regulando la formación de nuevas estrellas y conduciendo el gas intergaláctico hacia su agujero negro supermasivo central.
