Se sabe que las galaxias espirales tienen campos magnéticos desde hace más de medio siglo (y las predicciones de que deberían existir precedieron al descubrimiento por varios años), y los campos magnéticos de algunas galaxias se han cartografiado con gran detalle.
Pero, ¿cómo llegaron estos campos magnéticos a tener las características que observamos que tienen? ¿Y cómo persisten?
Un artículo reciente de los astrónomos del Reino Unido Stas Shabala, James Mead y Paul Alexander puede contener respuestas a estas preguntas, con cuatro procesos físicos que juegan un papel clave: caída de gas frío en el disco, retroalimentación de supernova (estos dos aumentan la turbulencia magnetohidrodinámica), formación de estrellas (esto elimina el gas y, por lo tanto, la energía turbulenta del gas frío) y la rotación galáctica diferencial (esto transfiere continuamente la energía del campo desde el campo aleatorio incoherente a un campo ordenado). Sin embargo, se necesita al menos otro proceso clave, porque los modelos de los astrónomos son inconsistentes con los campos observados de galaxias espirales masivas.
“La emisión de radio sincrotrón de electrones de alta energía en el medio interestelar (ISM) indica la presencia de campos magnéticos en las galaxias. Las medidas de rotación (RM) de fuentes polarizadas de fondo indican dos variedades de campo: un campo aleatorio, que no es coherente en escalas mayores que la turbulencia del ISM; y un campo ordenado en espiral que exhibe coherencia a gran escala ”, escriben los autores. “Para una galaxia típica, estos campos tienen fuerzas de unos pocos μG. En una galaxia como M51, se observa que el campo magnético coherente está asociado con los brazos espirales ópticos. Tales campos son importantes en la formación de estrellas y la física de los rayos cósmicos, y también podrían tener un efecto en la evolución de las galaxias, sin embargo, a pesar de su importancia, las preguntas sobre su origen, evolución y estructura permanecen en gran medida sin resolver ".
Este campo en astrofísica está progresando rápidamente, y la comprensión de cómo se genera el campo aleatorio se ha establecido razonablemente bien solo en la última década más o menos (se genera por turbulencia en el ISM, modelado como un magnetohidrodinámico monofásico (MHD) fluido, dentro del cual se congelan las líneas de campo magnético). Por otro lado, la producción del campo a gran escala por el bobinado de los campos aleatorios en una espiral, por rotación diferencial (una dinamo), se conoce desde hace mucho más tiempo.
Los detalles de cómo se formó el campo ordenado en espirales a medida que se formaron esas galaxias, dentro de unos cientos de millones de años después del desacoplamiento de la materia bariónica y la radiación (que dio lugar al fondo cósmico de microondas que vemos hoy), se están aclarando, a pesar de las pruebas. estas hipótesis aún no son posibles, observacionalmente (se han estudiado muy pocas galaxias de alto desplazamiento al rojo en el período óptico y NIR, y mucho menos se han mapeado sus campos magnéticos en detalle).
“Presentamos el primer intento (hasta donde sabemos) de incluir campos magnéticos en un modelo de evolución y formación de galaxias autoconsistente. Se predice una serie de propiedades de galaxias, y las comparamos con los datos disponibles ", dicen Shabala, Mead y Alexander. Comienzan con un modelo analítico de formación y evolución de galaxias, que “rastrea el enfriamiento de gases, la formación de estrellas y varios procesos de retroalimentación en un contexto cosmológico. El modelo reproduce simultáneamente las propiedades locales de la galaxia, la historia de la formación estelar del Universo, la evolución de la función de masa estelar a z ~ 1.5 y la acumulación temprana de galaxias masivas ". Central para el modelo es la energía cinética turbulenta del ISM y la energía del campo magnético aleatorio: los dos se vuelven iguales en escalas de tiempo que son instantáneas en escalas de tiempo cosmológicas.
Los impulsores son, por lo tanto, los procesos físicos que inyectan energía en el ISM y que le quitan energía.
"Una de las fuentes más importantes de inyección de energía en el ISM son las supernovas", escriben los autores. "La formación de estrellas elimina la energía turbulenta", como era de esperar, y el gas "que se acumula desde el halo de materia oscura deposita su energía potencial en la turbulencia". En su modelo, solo hay cuatro parámetros libres: tres describen la eficiencia de los procesos que agregan o eliminan las turbulencias del ISM, y uno la rapidez con que surgen los campos magnéticos ordenados de los aleatorios.
¿Están Shabala, Mead y Alexander entusiasmados con sus resultados? Usted sea el juez: “Se usan dos muestras locales para probar los modelos. El modelo reproduce las intensidades de campo magnético y las luminosidades de radio en una amplia gama de galaxias de masa baja e intermedia ”.
¿Y qué creen que se necesita para tener en cuenta las observaciones astronómicas detalladas de galaxias espirales de gran masa? "La inclusión de la eyección de gas por AGNs poderosos es necesaria para apagar el enfriamiento de gas".
No hace falta decir que la próxima generación de radiotelescopios, EVLA, SKA y LOFAR, someterán todos los modelos de campos magnéticos en galaxias (no solo espirales) a pruebas mucho más estrictas (e incluso permitirán hipótesis sobre la formación de esos campos, hace más de 10 mil millones de años, para ser probado).
Fuente: Campos magnéticos en galaxias: I. Discos de radio en galaxias locales de tipo tardío
