Posible explicación sobre los campos magnéticos de las galaxias espirales

Que las galaxias en espiral tienen campos magnéticos es un hecho conocido desde hace más de un siglo (y las teorías sobre su existencia habían sido descritas mucho antes), de hecho, muchos campos magnéticos han sido descritos y cartografíaos con mucho detalle.

Pero sin embargo varias preguntas persisten: ¿cómo llegaron estos campos magnéticos a tener las características que tienen actualmente? ¿cómo se mantienen a lo largo del tiempo?

Un artículo recientemente publicado en el Reino Unido por los astrónomos Stas Shabala, James Mead y Paul Alexander podría resolver estas cuestiones, con cuatro procesos físicos jugando su papel: entrada de gas frío al disco, retroalimentación de supernova (estas dos incrementan la turbulencia electromagnética), formación de estrellas (elimina el gas y por lo tanto la energía turbulente del gas frío) y la rotación galáctica diferencial (esta transfiere continuamente el campo de energía del campo aleatorio a un campo ordenado). Sin embargo, al menos otro proceso clave es necesario porque los modelos de los astrónomos son inconsistentes con los campos observador en galaxias espirales masivas.

Galaxia Espiral

Galaxia Espiral M81. Wikipedia.

Según los autores “la emisión de radiación de sincrotrón procedente de electrones de alta energía en un medio interestelar (ISM) indica la presencia de campos magnéticos en galaxias. Las medidas de rotación (RM) e las fuentes polarizadas indican dos variaciones en el campo: un campo aleatorio, que no es coherente a escalas mayores que la turbulencia del ISM; y un campo espiral ordenado con coherencia a gran escala”. Asímismo añadieron que “para una galaxia típica, estos campos tienen fuerzas de unos pocos μG. En una galaxia como la M51, el campo magnético coherente está asociado con los brazos ópticos espirales. Esos campos son importantes en la formación de estrellas y la física de los rayos cósmicos, y podía incluso tener un efecto en la evolución de la galaxia que, pese a su importancia, aún puede dejar preguntas sin resolver sobre su origen, evolución y estructura”.

Este campo de la astrofísica está en rápido crecimiento, con la comprensión de la manera en que los campos aleatorios se generan habiéndose racionalizado únicamente en la última década (se genera por una turbulencia en la ISM, modelada como un fluido magnetohidrodinámico (MHD) de fase única, dentro de la cual las líneas del campo magnético están congeladas). Por otro lado, la producción de un campo a gran escala a partir de campos aleatorios en espiral, por rotación diferencial (una dinamo), ha sido concodio desde mucho antes.

The details of how the ordered field in spirals formed as those galaxies themselves formed – within a few hundred million years of the decoupling of baryonic matter and radiation (that gave rise to the cosmic microwave background we see today) – are becoming clear, though testing these hypotheses is not yet possible, observationally (very few high-redshift galaxies have been studied in the optical and NIR, period, let alone have had their magnetic fields mapped in detail).

Los detalles del proceso de ordenación de los campos en espirales formados a la vez que esas mismas galaxias — con una diferencia de unos cientos de millones de años– son cada vez más claros mediante observación aunque la comprobación de estas hipótesis aún no es posible.

“Presentamos el que creemos que es el primer intento de incluír campos magnéticos en un modelo de galaxia formada de forma autoconsistente. Varias propiedades de la galaxia se predicen y se comparan con los datos disponibles” dijeron los autores. Empezaron con el modelo analítico sobre la evolución de la formación de una galaxia que “tiene restos de gas enfríandose, formación de estrellas y varios procesos de retroalimentación en un contexto cósmico. El model reproduce al mismo tiempo las propiedades de la galaxia local, la historia de la formación del Universo, la evolución de la masa estelar función de z ~1.5, y la temprana construcción de galaxias masivas”. El aspecto central del modelo es la energía cinética y el campo magnético del ISM: los dos son iguales a escalas de tiempo e instantáneos en escalas de tiempo cósmicas.

Los procesos físicos son, por tanto, los conductores que inyectan energía al ISM y que eliminan energía de él.

“Una de las fuentes de inyección de energía más importantes hacia el ISM son las supernovas” añaden los autores. “La formación de estrellas elimina la energía turbulenta”, tal y como se esperaría y el gas “de la materia oscura deposita su energía potencial en la turbulencia”. En su modelo sólo hay cuatro parámetros libres — tres describen el rendimiento de los procesos que añaden o eliminan turbulencias del ISM y otro la rapidez con la que los campos ordenados surgen de los aleatorios.

Este artículo ha sido traducido de Universe Today y publicado bajo licencia CC by-sa
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