Cartografien ‘autopistes’ magnètiques als vents d’una galàxia amb esclats de formació estel·lar

Arp 220 és una galàxia infraroja ultralluminosa formada per dues galàxies espirals a les fases finals de la seva fusió. Com que es tracta de l’exemple més proper d’aquest tipus de sistemes, actua com una formidable màquina del temps: el que passa avui a Arp 220 probablement reflecteix el que passava en les primeres generacions de galàxies massives i riques en pols fa més de 10.000 milions d’anys.

Un equip liderat per la Universitat de Carolina del Sud (USC), amb participació d’investigadors de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) a l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC) i a l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB), ha fet servir l’observatori Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) per cartografiar una ‘autopista’ magnètica que impulsa un potent vent galàctic a Arp 220. L’estudi, que també compta amb la col·laboració de l’Institut d’Astrofísica d’Andalusia (IAA-CSIC), revela per primera vegada que els ràpids fluxos moleculars d’Arp 220 estan fortament magnetitzats i probablement contribueixen a transportar metalls, pols i raigs còsmics a l’espai que envolta la galàxia.

En observar com diminuts grans de pols i molècules de gas s’alineen amb aquests camps, l’equip ha elaborat el mapa magnètic més detallat fins avui dels nuclis ocults de formació estel·lar d’Arp 220 i de les seves ejeccions. Els resultats ofereixen una nova manera d’entendre com interactuen la gravetat, el naixement d’estrelles, els forats negres i les forces magnètiques en un entorn còsmic caòtic.

«Hem fet servir ALMA per cartografiar l’orientació i la intensitat dels camps magnètics a les dues galàxies», explica Enrique López-Rodríguez, autor principal de l’estudi i professor associat a la USC. «Això ha revelat detalls mai observats dels nuclis d’Arp 220, ocults per la pols, i dels seus fluxos moleculars, inclosa la primera detecció d’emissió polaritzada de la línia molecular CO(3–2)», afegeix Josep Miquel Girart, responsable del treball observacional i investigador de l’IEEC a l’ICE-CSIC. Aquesta emissió va permetre traçar el flux galàctic a la galàxia externa i mostrar que el mateix gas expulsat transporta un camp magnètic ben ordenat.

Les observacions del nucli oest d’Arp 220 van revelar un camp magnètic gairebé vertical que discorre juntament amb un flux molecular bipolar que arriba a velocitats de fins a uns 500 quilòmetres per segon, impulsant una potent ‘autopista’ magnètica fora de la galàxia. Tot i que se sap que les fusions de galàxies i els esclats de formació estel·lar generen vents intensos capaços de frenar o regular la formació d’estrelles en expulsar el gas, aquests nous resultats mostren que els camps magnètics són un component clau —fins ara desconegut— en la força d’aquests vents.

L’equip va utilitzar ALMA per observar la llum polaritzada emesa per la pols i el gas d’Arp 220, cosa que els va permetre seguir l’empremta dels camps magnètics a les regions més denses i als potents vents que surten de la galàxia. Aquestes observacions van oferir una visió detallada de com s’organitzen els camps magnètics al voltant dels nuclis de formació estel·lar i al llarg dels fluxos de material expulsats a l’espai.

En combinar aquesta informació amb dades sobre el moviment i la quantitat de gas, els experts van estimar la intensitat dels camps magnètics i analitzar el seu paper en la dinàmica dels vents galàctics. Al nucli est, ALMA va revelar a més un patró magnètic en forma d’espiral que travessa un disc compacte embolicat en pols, cosa que indica que aquests camps ordenats poden mantenir-se fins i tot en les fases més avançades de la fusió entre galàxies.

Atès que Arp 220 és l’anàleg més proper de les galàxies extremes, riques en pols i amb intensa formació estel·lar de l’Univers primerenc, aquests resultats indiquen que els camps magnètics forts i organitzats podrien ser comuns en els esclats de formació estel·lar a alt desplaçament cap al roig i exercir un paper clau en la regulació de la formació estel·lar i la retroalimentació al llarg del temps còsmic.

Aquestes observacions amb ALMA demostren que els camps magnètics són un motor fonamental en l’expulsió de material de galàxies com Arp 220. Els camps forts i ordenats als seus vents galàctics actuen com a raïls invisibles, guiant metalls, pols i raigs còsmics cap a l’extens embolcall de gas que envolta el sistema.

Aquest material acabarà contribuint a la formació i enriquiment de futures generacions d’estrelles i galàxies. A mesura que la comunitat astronòmica apunti ALMA i futurs telescopis cap a galàxies cada cop més distants, esperen trobar ‘autopistes’ magnètiques similars actuant a tot el cosmos. Arp 220 es revela com una peça fonamental per comprendre com les galàxies es transformen amb el temps i com aquests processos han donat forma a l’Univers que observem avui.