Los campos magnéticos son comunes en todo el universo pero increíblemente difíciles de estudiar. No emiten ni reflejan luz directamente, y la luz de todo el espectro electromagnético sigue siendo el principal proveedor de datos astrofísicos. En cambio, los investigadores han tenido que encontrar el equivalente de las limaduras de hierro cósmico: materia en las galaxias que es sensible a los campos magnéticos y también emite luz marcada por la estructura y la intensidad de los campos.
En un nuevo estudio publicado en The Astrophysical Journal, varios astrofísicos de Stanford han estudiado las señales infrarrojas de un material así: granos de polvo alineados magnéticamente incrustados en las nubes frías y densas de las regiones de formación estelar. Una comparación con la luz de los electrones de rayos cósmicos que ha sido marcada por campos magnéticos en material más cálido y difuso mostró diferencias sorprendentes en los campos magnéticos medidos de las galaxias.
El astrofísico de Stanford y miembro del Instituto Kavli de Aceleración de Partículas y Cosmología (KIPAC), Enrique López-Rodríguez, explica las diferencias y lo que podrían significar para el crecimiento y la evolución galáctica.
Originaria de las Islas Canarias, López-Rodríguez llegó al Área de la Bahía como científica del Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja (SOFIA), el avión de pasajeros Boeing 737 modificado para transportar instrumentos por encima de la mayor parte del polvo atmosférico y el vapor de agua que bloquea la luz infrarroja. Antes de que finalizara el programa SOFIA en 2022, López-Rodríguez se incorporó a Stanford, donde continúa analizando los datos heredados de SOFIA como uno de los principales investigadores de SALSA, el estudio de magnetismo extragaláctico con SOFIA.
Esta entrevista ha sido editada para mayor claridad y brevedad.
¿Puedes describir tus hallazgos? ¿Qué los hace tan innovadores?
Este es el primer estudio que compara campos magnéticos en diferentes entornos físicos de otras galaxias. Para hacer eso, observamos 15 galaxias cercanas diferentes en longitudes de onda de radio e infrarrojo lejano. Tenemos dos investigadores principales diferentes para este estudio: yo mismo para los datos infrarrojos y Sui Ann Mao en el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania para los datos de radio.
Nuestros grupos encontraron dos campos magnéticos muy diferentes en las mismas galaxias. Las observaciones de radio trazan un campo magnético muy ordenado en el medio ionizado, cálido y difuso de uno a dos kiloparsecs por encima de los discos galácticos que estudiamos [un kiloparsec son 3260 años luz], mientras que la luz infrarroja lejana emitida por granos de polvo alineados magnéticamente en el plano medio de los discos muestran un campo magnético que es casi el doble de caótico. En resumen, las áreas con mayor formación estelar tenían campos magnéticos más fuertes y caóticos.
¿Qué nos dicen estos campos magnéticos caóticos?
Los brazos espirales tienen campos magnéticos enredados debido a la actividad de formación de estrellas y la formación de nubes moleculares, lo que indica altos niveles de turbulencia y potencialmente un lugar donde los campos magnéticos pueden amplificarse. Por el contrario, las regiones entre los brazos de las galaxias espirales y en el medio por encima y por debajo del disco tienen campos magnéticos bien ordenados, lo que indica que la rotación de las galaxias puede estar jugando un papel en el orden de estos campos magnéticos.
En general, no conocemos el papel de los campos magnéticos en la evolución de las galaxias, pero estas observaciones en el infrarrojo lejano nos dicen que los campos magnéticos están intrínsecamente relacionados con las áreas de formación de estrellas, lo cual es clave para la formación de galaxias. No sabemos exactamente cómo se relacionan, pero creemos que podría haber algún tipo de circuito de retroalimentación entre los dos.
¿Que sigue? ¿Cómo buscará la naturaleza del ciclo de retroalimentación?
Con este resultado, ahora podemos producir estudios tridimensionales de los campos magnéticos en otras galaxias que nos ayudarán a estudiar sus efectos en la actividad de formación de estrellas y la evolución de las galaxias.
Pero también necesitamos observaciones con una resolución angular más alta para poder ver más de cerca las regiones de formación de estrellas, y también necesitamos estudiar los campos magnéticos a lo largo del tiempo cósmico. La buena noticia es que ya estamos obteniendo ese tipo de datos con ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Además, la próxima generación de misiones espaciales de la NASA también incluye los mismos tipos de observaciones polarimétricas de infrarrojo lejano que usamos, solo que mejor, para estudiar los campos magnéticos en una muestra estadística de galaxias.
Varios otros investigadores de Stanford también están involucrados en el estudio. ¿Cómo se juntaron todos aquí?
Para mí, en la NASA, fui un científico de instrumentos y volé más de 100 veces con SOFIA, aunque cada vuelo fue una aventura, realmente fueron demasiadas veces para mí. La mayoría de las observaciones que usamos en este estudio las tomé yo mismo con HAWC+ [la cámara de banda ancha aerotransportada de alta resolución+, un generador de imágenes y polarímetro de infrarrojo lejano]. Conocía el instrumento y cómo trabajar con los datos, y creé un nuevo modo de observación que mejoró la sensibilidad y el tiempo de adquisición de observación en un 300 %. Mi investigación se centra en el estudio de los campos magnéticos en las galaxias, y dado que ya estaba trabajando de cerca con el instrumento, la adquisición y el análisis de datos, este proyecto fue una combinación perfecta.
Después de SOFIA, quería dedicarme a la ciencia a tiempo completo y KIPAC me abrió la puerta muy bien. Especialmente cuando descubrí que [la profesora asistente] Susan Clark también vendría aquí y me di cuenta de que sus objetivos de investigación coincidían muy bien con los míos. También tenemos a Mehrnoosh [Tahani], que estudia los campos magnéticos de la Vía Láctea en radio, Sergio [Martin-Alvarez], que hace simulaciones magneto-hidrodinámicas, y Alex [Alejandro S. Borlaff], que está de visita desde la NASA. -Ames como becario postdoctoral de la NASA.
Ahora tenemos una amplia gama de experiencia en magnetismo aquí en Stanford, lo que nos convierte en un equipo único perfectamente situado para extraer la mayor parte de la ciencia de estas observaciones SALSA.
Con información de The Astrophysical Journal
