Superautopistas Magnéticas Descubiertas en los Vientos de una Galaxia con Explosión Estelar

Por primera vez, ALMA traza luz polarizada para cartografiar los campos magnéticos en los vientos de alta velocidad de Arp 220, una galaxia infrarroja ultraluminosa

Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo internacional de astrónomos ha cartografiado una autopista magnética que impulsa un potente viento galáctico hacia la cercana fusión de galaxias de Arp 220. Esto revela por primera vez que sus rápidos flujos moleculares están fuertemente magnetizados y probablemente contribuyen a impulsar metales, polvo y rayos cósmicos hacia el espacio que rodea la galaxia. Al observar cómo diminutos granos de polvo y moléculas de gas se alinean con estos campos, los investigadores han dibujado el mapa magnético más detallado hasta la fecha de los núcleos enterrados de formación estelar de Arp 220 y sus flujos. El resultado es una nueva forma de comprender cómo interactúan la gravedad, el nacimiento de estrellas, los agujeros negros y las fuerzas magnéticas en un entorno cósmico caótico.

Arp 220 es una galaxia infrarroja ultraluminosa (ULIRG) compuesta por dos galaxias espirales en las etapas finales de su fusión. Al ser la galaxia más cercana de su tipo, Arp 220 funciona como una potente máquina del tiempo: lo que ocurre aquí hoy probablemente refleja lo que ocurrió en las primeras generaciones de galaxias masivas y polvorientas hace más de 10 000 millones de años.

“Utilizamos ALMA para cartografiar la orientación y la intensidad de los campos magnéticos en las galaxias gemelas”, comentó Enrique López-Rodríguez, autor principal de esta investigación y profesor asociado de la Universidad de Carolina del Sur. “Esto reveló detalles inéditos sobre los núcleos envueltos en polvo y los flujos moleculares de Arp 220, incluyendo la primera detección de una emisión lineal molecular de CO(3–2) polarizada”, añadió Josep Miquel Girart, líder del trabajo observacional e investigador del Institut de Ciències de l’Espai. Esta emisión rastreó el flujo galáctico en la galaxia externa, mostrando que el gas que emana posee un campo magnético bien ordenado.

Las observaciones del núcleo oeste de Arp 220 revelaron un campo magnético casi vertical que discurre junto a un flujo molecular bipolar que se mueve a una velocidad de hasta aproximadamente 500 kilómetros por segundo, impulsando una potente superautopista magnética hacia el exterior de la galaxia. Se sabe que las fusiones de galaxias y los estallidos de formación estelar generan fuertes vientos que pueden detener o regular la formación estelar mediante la eliminación de gas. Sin embargo, estos nuevos resultados muestran que los campos magnéticos son un factor crucial, previamente desconocido, en la fuerza de estos vientos.

El equipo obtuvo observaciones de polarización completa con ALMA a 870 micras (Banda 7), midiendo tanto la polarización del continuum de polvo como la polarización lineal del CO(3-2) con una resolución de aproximadamente 0,24 segundos de arco (≈96 pársecs), suficiente para separar los dos núcleos compactos y sus flujos. La polarización del polvo traza granos alineados magnéticamente en el frío y denso medio interestelar, mientras que el efecto Goldreich-Kylafis imprime una polarización lineal en la línea de emisión de CO(3-2) en presencia de radiación anisotrópica y campos magnéticos, lo que proporciona una visión tridimensional de la geometría del campo.

Al combinar la geometría de polarización con mediciones de la masa del gas, la turbulencia y la velocidad del flujo de salida, los autores aplicaron y perfeccionaron versiones del método Davis-Chandrasekhar-Fermi para estimar la intensidad del campo magnético en los lóbulos de flujo de salida desplazados al azul y al rojo. En el núcleo oriental, ALMA reveló un patrón magnético en espiral que serpentea a través de un disco y un brazo compactos y envueltos en polvo, lo que sugiere que los campos espirales ordenados pueden sobrevivir en etapas avanzadas de la fusión.

Una autopista de polvo altamente polarizada entre los dos núcleos, con fracciones de polarización de aproximadamente el 3-5 %, traza una cresta magnetizada que podría estar canalizando material y flujo magnético entre los núcleos en fusión. López-Rodríguez añade: «Al observar Arp 220 en su conjunto, se convierte en uno de los mejores lugares del universo para que los astrónomos estudien cómo la gravedad, la formación estelar y los potentes vientos se combinan con fuertes campos magnéticos para remodelar una galaxia y sembrar su entorno con gas y polvo magnetizados».

El equipo estima intensidades de campo magnético de aproximadamente 1 a 10 miligauss en los flujos moleculares (cientos a miles de veces más fuertes que el campo magnético promedio en el disco de la Vía Láctea), lo que implica que los campos comprimidos y amplificados por la turbulencia ayudan a conducir el material hacia el medio circungaláctico. Dado que Arp 220 es el análogo más cercano a las galaxias extremas y polvorientas de formación estelar del universo temprano, estos resultados sugieren que los campos magnéticos fuertes y organizados podrían ser comunes en los brotes estelares de alto corrimiento al rojo y podrían regular la formación estelar y la retroalimentación a lo largo del tiempo cósmico.

Estas observaciones de ALMA muestran que los campos magnéticos son un motor clave para la expulsión de material de galaxias como Arp 220. Los campos magnéticos intensos y ordenados de sus vientos galácticos actúan como barreras invisibles, guiando metales, polvo y rayos cósmicos hacia la vasta cápsula de gas que rodea el sistema. Ese material eventualmente ayudará a formar y enriquecer futuras generaciones de estrellas y galaxias. A medida que los astrónomos orientan ALMA y futuros telescopios hacia galaxias cada vez más distantes, esperan encontrar superautopistas magnéticas similares operando a lo largo del cosmos. Estudios como este transforman a Arp 220, de una única fusión espectacular, en un modelo crucial para comprender cómo las galaxias crecen, se apagan y reciclan su material a lo largo del tiempo cósmico, dando forma al universo que vemos hoy.

Información adicional

Esta investigación aparece como "Los campos magnéticos de los núcleos polvorientos y los flujos moleculares de Arp 220" por E. López-Rodriguez et al. en Astrophysical Journal Letters.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE.UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembro, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán (NSTC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

Imagen