Al hacer mapas de los campos magnéticos ocultos dentro de enormes cúmulos de galaxias, los astrónomos se están acercando más a encontrar el origen del magnetismo cósmico.

"Estos son los primeros mapas de la estructura detallada de los campos magnéticos a una escala sin precedentes", dijo Alejandro Lazarian, astrónomo de la Universidad de Wisconsin, Madison, y coautor del artículo que describe los mapas, publicado hoy en Nature Communications.

Lazarian y sus colegas estudiaron cinco cúmulos de galaxias, cada uno de los cuales abarca millones de años luz. Hicieron los mapas utilizando una técnica que él ideó llamada mapeo de gradiente de intensidad de sincrotrón (SIG), que se basa en observaciones de radio para determinar en qué dirección apunta el campo magnético de un cúmulo en una ubicación determinada. Al aplicar la misma técnica en todo un cúmulo, los investigadores dicen que pueden construir un mapa completo de sus campos magnéticos. Los resultados, si se confirman, mostrarían que existe un orden no detectado previamente en los campos magnéticos en estructuras gigantes.

El magnetismo es omnipresente en el universo. Lo vemos desde las escalas más pequeñas de la Tierra hasta las más grandes del universo, donde esculpe estructuras cósmicas como las estrellas y el medio interestelar. El magnetismo también es crucial para la vida tal como la conocemos, ya que influye en la quiralidad a nivel molecular y crea el escudo protector que rodea la Tierra. Pero una gran pregunta sin respuesta ha sido donde se originó el magnetismo cósmico. Algunos científicos favorecen una explicación primordial, según la cual el magnetismo surgió en los primeros momentos después del Big Bang junto con las demás fuerzas fundamentales. Otros favorecen una llegada posterior, con el magnetismo surgiendo después de cientos de millones de años y creciendo a partir de campos magnéticos semilla producidos por objetos como estrellas y galaxias.

Esta nueva técnica de mapeo podría ofrecer una solución al permitir a los astrónomos comparar campos magnéticos en escalas muy grandes. Pero la técnica tiene sus propias limitaciones y sigue siendo algo controvertida en el campo del magnetismo a gran escala.

"Si funciona, ofrecerá una forma muy económica de mapear campos magnéticos en áreas muy grandes del cielo", dijo. Kate Pattle, astrofísico del University College de Londres.

Cartografía Cósmica

Los científicos suelen encontrar campos magnéticos cósmicos estudiando la radiación sincrotrón. emisiones de radio producido cuando un campo magnético desvía la trayectoria de los electrones que viajan cerca de la velocidad de la luz. Estas observaciones también pueden utilizar la orientación de esas emisiones de radio (su polarización) para revelar la orientación de los campos magnéticos. Pero las mediciones de polarización requieren mucho tiempo y funcionan mejor en regiones más densas y polvorientas de un cúmulo de galaxias.

Hace unos siete años, Lazarian se le ocurrió una manera utilizar únicamente la emisión de sincrotrón para revelar la dirección del campo magnético, sin necesidad de polarización. La técnica utiliza observaciones de la intensidad cambiante de la emisión de radio a medida que se avanza por el espacio, o lo que los investigadores llaman gradiente.

"El gradiente de brillo, la dirección en la que la imagen se vuelve más débil o más brillante, está relacionado con los campos magnéticos", dijo Marco Bruggen, profesor de astrofísica de la Universidad de Hamburgo en Alemania, que ha Grandes campos magnéticos previamente estudiados..

En observaciones preliminares del espacio interestelar, "dondequiera que miremos, revelamos esta estructura del campo magnético", dijo Lazarian.

Luego, el equipo se centró en los cúmulos de galaxias, que crecen a medida que chocan grupos más pequeños de galaxias. Cuando ocurren estas fusiones, producen frentes de choque que “atraviesan el medio [intracluster]”, dijo Brüggen. Cuando los campos magnéticos interactúan con esos frentes de choque turbulentos, producen una emisión de sincrotrón. Al observar el gradiente de esa emisión, los investigadores pueden inferir la dirección del campo magnético, que a su vez refleja las fusiones que han construido estos cúmulos a lo largo del tiempo.

El método permite a Lazarian estudiar campos magnéticos en la extensión de enormes cúmulos de galaxias, incluido el espacio intergaláctico difuso dentro de la estructura donde no es posible realizar mediciones de polarización. Para hacer sus mapas, el equipo se centró en cinco cúmulos de galaxias, incluido El Gordo, un grupo bien estudiado de cientos de galaxias que se extiende a lo largo de 6 millones de años luz. También observaron Abell 2345, a 2 mil millones de años luz de distancia, Abell 3376, a aproximadamente XNUMX millones de años luz de distancia, y otros dos.

Sin embargo, no todos los científicos están convencidos de que la estrategia siga con precisión el movimiento de los campos magnéticos. Lo que parecen cambios en los gradientes de sincrotrón impulsados ​​por el magnetismo podrían ser simplemente cambios en la densidad de los electrones o del gas. El método también se basa en un fenómeno conocido como turbulencia en los cúmulos de galaxias, donde los campos magnéticos se tuercen y giran juntos, "un proceso físico notoriamente complejo", dijo. Andrea Botteon, astrofísico del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia.

Vida magnética

En el futuro, Lazarian quiere utilizar SIG (si la técnica se mantiene) para mapear el magnetismo en los filamentos entre galaxias utilizando una vasta red de radio europea llamada Low-Frequency Array. Si los campos de esos filamentos están alineados entre sí, como lo están en grupos, podría sugerir una fuente primordial de estructura magnética cósmica en lugar de una lenta aparición de campos magnéticos de semillas. Tal alineación sería “esencialmente imposible” de crear para estrellas y galaxias durante épocas cósmicas posteriores, dijo Brüggen.

"Mi corazonada", dijo Brüggen, "es que encontraremos que los campos magnéticos se produjeron en las primeras etapas del universo".

Adivinar el origen del magnetismo puede decirnos algo sobre la habitabilidad del cosmos. La vida misma (al menos tal como la conocemos en la Tierra) depende del magnetismo y su influencia sobre la quiralidad para dar a los componentes básicos de la vida una ser diestro o zurdo. "Si los campos magnéticos se formaron al comienzo del universo, se pueden formar moléculas con quiralidad muy temprano", dijo Lazarian. Entonces, “podemos plantearnos la cuestión de si deberíamos esperar ver señales de civilizaciones que se formaron bastante temprano en la historia del universo”.

También señaló que los campos magnéticos en los cúmulos de galaxias podrían ser la fuente de algunas de las rayos cósmicos de mayor energía Se sabe que impregnan el universo y que todavía tienen un origen misterioso. "Hay una gran pregunta [sobre] si estos cúmulos de galaxias podrían ser las fuentes de los rayos cósmicos de mayor energía", dijo, y mapear los campos dentro de los cúmulos podría ayudar a resolver esa pregunta.

El próximo objetivo del equipo es observar cúmulos de galaxias que están más lejos y más atrás en el tiempo. El Gordo, aunque inmenso, sólo se remonta a cuando el universo tenía 6.5 millones de años luz, aproximadamente la mitad de su edad actual de 13.8 millones de años. Los próximos radiotelescopios, como el Square Kilometer Array, una amplia gama de antenas que se extenderán por 1 millón de metros cuadrados en Sudáfrica y Australia a finales de esta década, podrían ser lo suficientemente potentes como para aplicar este tipo de mapeo a los cúmulos que existían cuando el universo Tenía sólo 3 mil millones de años.

"Me gustaría ver qué pasó en el universo temprano", dijo yue-hu, estudiante de posgrado de la Universidad de Wisconsin, Madison, y autor principal del artículo.

Pero el origen del magnetismo en el universo y todas las implicaciones de esa respuesta no se resolverán de la noche a la mañana utilizando este método. "Es una pieza del rompecabezas", dijo Brüggen. "Pero es una pieza muy sustancial".