Una nueva imagen de telescopio sin precedentes del centro turbulento de la galaxia de la Vía Láctea ha revelado casi 1,000 hilos misteriosos, inexplicablemente colgando en el espacio.
Con una longitud de hasta 150 años luz, las hebras (o filamentos) unidimensionales se encuentran en pares y racimos, a menudo apilados a la misma distancia, uno al lado del otro, como las cuerdas de un arpa. Usando observaciones en longitudes de onda de radio, Farhad Yusef-Zadeh de la Universidad Northwestern descubrió los filamentos magnéticos altamente organizados a principios de la década de 1980. Descubrió que los filamentos desconcertantes comprenden electrones de rayos cósmicos que hacen girar el campo magnético a una velocidad cercana a la de la luz. Pero su origen sigue siendo un misterio sin resolver desde entonces.
Ahora, la nueva imagen ha expuesto 10 veces más filamentos que los descubiertos anteriormente, lo que permite a Yusef-Zadeh y su equipo realizar estudios estadísticos en una amplia población de filamentos por primera vez. Esta información potencialmente podría ayudarlos a desentrañar finalmente el misterio de larga data.
El estudio ya está disponible en línea y ha sido aceptado para su publicación por The Astrophysical Journal Letters.
“Hemos estudiado filamentos individuales durante mucho tiempo con una vista miope”, dijo Yusef-Zadeh, autor principal del artículo. “Ahora, finalmente vemos el panorama general: una vista panorámica llena de una gran cantidad de filamentos. Solo examinar unos pocos filamentos hace que sea difícil sacar una conclusión real sobre qué son y de dónde provienen. Este es un punto de inflexión en la promoción de nuestra comprensión de estas estructuras”.
Yusef-Zadeh es profesor de física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y miembro del Centro para la Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA).
Construyendo la imagen
Para construir la imagen con una claridad y un detalle sin precedentes, los astrónomos pasaron tres años inspeccionando el cielo y analizando datos en el Observatorio de Radioastronomía de Sudáfrica (SARAO). Usando 200 horas de tiempo en el telescopio MeerKAT de SARAO, los investigadores ensamblaron un mosaico de 20 observaciones separadas de diferentes secciones del cielo hacia el centro de la galaxia de la Vía Láctea, a 25,000 años luz de la Tierra.
La imagen completa se publicará en un artículo complementario adicional, dirigido por el astrofísico de la Universidad de Oxford Ian Heywood y coautor de Yusef-Zadeh, en una próxima edición de The Astrophysical Journal. Junto con los filamentos, la imagen captura emisiones de radio de numerosos fenómenos, incluidas estrellas en explosión, viveros estelares y nuevos restos de supernova.
“Pasé mucho tiempo mirando esta imagen en el proceso de trabajar en ella, y nunca me canso de ella”, dijo Heywood. “Cuando muestro esta imagen a personas que pueden ser nuevas en la radioastronomía, o que no están familiarizadas con ella, siempre trato de enfatizar que las imágenes de radio no siempre han sido así, y que MeerKAT realmente es un salto adelante en términos de su capacidades Ha sido un verdadero privilegio trabajar a lo largo de los años con colegas de SARAO que construyeron este fantástico telescopio”.
Para ver los filamentos a una escala más fina, el equipo de Yusef-Zadeh utilizó una técnica para eliminar el fondo de la imagen principal con el fin de aislar los filamentos de las estructuras circundantes. La imagen resultante lo asombró.
“Es como el arte moderno”, dijo. “Estas imágenes son tan bellas y ricas, y el misterio de todo lo hace aún más interesante”.
Lo que sabemos
Si bien quedan muchos misterios en torno a los filamentos, Yusef-Zadeh ha podido armar más piezas del rompecabezas. En su último artículo, él y sus colaboradores exploraron específicamente los campos magnéticos de los filamentos y el papel de los rayos cósmicos en la iluminación de los campos magnéticos.
La variación en la radiación emitida por los filamentos es muy diferente a la del remanente de supernova recién descubierto, lo que sugiere que los fenómenos tienen orígenes diferentes. Los investigadores encontraron que es más probable que los filamentos estén relacionados con la actividad pasada del agujero negro supermasivo central de la Vía Láctea en lugar de estallidos coordinados de supernovas. Los filamentos también podrían estar relacionados con enormes burbujas emisoras de radio, que Yusef-Zadeh y sus colaboradores descubrieron en 2019.
Y, aunque Yusef-Zadeh ya sabía que los filamentos están magnetizados, ahora puede decir que los campos magnéticos se amplifican a lo largo de los filamentos, una característica principal que comparten todos los filamentos.
“Esta es la primera vez que hemos podido estudiar las características estadísticas de los filamentos”, dijo. “Al estudiar las estadísticas, podemos aprender más sobre las propiedades de estas fuentes inusuales.
“Si fueras de otro planeta, por ejemplo, y te encontraras con una persona muy alta en la Tierra, podrías asumir que todas las personas son altas. Pero si haces estadísticas en una población de personas, puedes encontrar la altura promedio. Eso es exactamente lo que estamos haciendo Podemos encontrar la fuerza de los campos magnéticos, sus longitudes, sus orientaciones y el espectro de radiación “.
Lo que no sabemos
Entre los misterios restantes, Yusef-Zadeh está particularmente desconcertado por la estructura de los filamentos. Los filamentos dentro de los cúmulos están separados entre sí a distancias perfectamente iguales, aproximadamente la distancia entre la Tierra y el sol.
“Casi se parecen al espacio regular en los bucles solares”, dijo. “Todavía no sabemos por qué vienen en grupos o entendemos cómo se separan, y no sabemos cómo ocurren estos espacios regulares. Cada vez que respondemos una pregunta, surgen muchas otras preguntas”.
Yusef-Zadeh y su equipo aún no saben si los filamentos se mueven o cambian con el tiempo o qué está causando que los electrones se aceleren a velocidades tan increíbles.
“¿Cómo se aceleran los electrones a una velocidad cercana a la de la luz?” preguntó. “Una idea es que hay algunas fuentes al final de estos filamentos que aceleran estas partículas”.
¿Qué sigue?
Yusef-Zadeh y su equipo están actualmente identificando y catalogando cada filamento. El ángulo, la curva, el campo magnético, el espectro y la intensidad de cada filamento se publicarán en un estudio futuro. Comprender estas propiedades le dará a la comunidad astrofísica más pistas sobre la naturaleza esquiva de los filamentos.
El telescopio MeerKAT, que se lanzó en julio de 2018, seguirá revelando nuevos secretos.
“Ciertamente estamos un paso más cerca de una comprensión más completa”, dijo Yusef-Zadeh. “Pero la ciencia es una serie de avances en diferentes niveles. Esperamos llegar al fondo, pero se necesitan más observaciones y análisis teóricos. Una comprensión completa de los objetos complejos lleva tiempo”.
El estudio, “Propiedades estadísticas de la población de los filamentos del centro galáctico: el índice espectral y el campo magnético de equipartición”, fue apoyado por la NASA y la Fundación Nacional de Ciencias.
