Un equip d’astrònoms resol un misteri estel·lar de 30 anys

Un equip internacional d’astrònoms ha obtingut les primeres imatges directes d’alta resolució d’un camp magnètic que envolta fermament el flux de gas que emana d’una estrella en formació. Aquesta evidència resol un enigma de dècades sobre com els estels joves donen forma als potents raigs de matèria que les originen.

L’equip, en què participa l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC), ha utilitzat el radiotelescopi Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), del qual és soci l’Observatori Nacional de Radioastronomia de la Fundació Nacional de Ciències dels EUA (NSF NRAO). 

Les troballes, publicades a Nature Communications, han estat realitzades per un equip de recerca liderat per Tao-Chung Ching, antic beneficiari de la beca Jansky de la NSF NRAO sota la mentoria del científic Emmanuel Momjian. Aquests se centren en NGC 1333 IRAS 4A, un jove sistema estel·lar binari incrustat al núvol molecular de Perseu, a uns 960 anys llum de la Terra.

Les estrelles acabades de formar creixen atraient gas i pols d’un disc de material circumdant. En fer-ho, també expulsen part d’aquest material de tornada a l’espai en raigs ràpids i estrets de matèria i en fluxos més amplis i lents. La ciència sospita des de fa temps que aquest procés està modelat i impulsat per camps magnètics que es recargolen formant una mena d’embut al voltant del raig de matèria.

“Per primer cop, aquestes observacions d’ALMA han captat aquest embut invisible de camps magnètics”, afirma Ching. “Això és emocionant perquè demostra una teoria de fa dècades sobre com neixen les estrelles, com el nostre propi Sol, i com emeten potents raigs còsmics”, afegeix.

L’equip ha utilitzat la resolució excepcional d’ALMA, aproximadament 30 vegades superior a la de telescopis anteriors, per mesurar la feble polarització del gas de monòxid de carboni que irradia des del flux de sortida al voltant d’IRAS 4A. Aquest senyal de polarització va permetre als investigadors rastrejar la morfologia i la intensitat del camp magnètic que travessa el flux de sortida a distàncies de només uns centenars d’unitats astronòmiques (la distància mitjana entre la Terra i el Sol) de la jove estrella.

L’equip va descobrir que el camp magnètic feia unes quantes mil·lèsimes de gauss (modest en comparació amb un imant, però immens a l’escala de l’espai interestel·lar) i que envoltava el flux de sortida com una bobina, perpendicular a la direcció del flux de gas i ajustant-se a la seva rotació. Aquesta geometria és la característica distintiva d’un camp magnètic toroïdal (o en forma d’anell), tal com havien predit els models teòrics durant dècades, però mai no s’havia confirmat directament amb aquest nivell de detall.

“Aquest estudi representa la primera observació i de més resolució de camps magnètics toroïdals amb una intensitat de miligauss a una escala de centenars d’unitats astronòmiques des d’una protoestrella”, afegeix Ching.

“Sabíem que IRAS 4A era un cas de llibre: fa 20 anys, en un treball publicat a Science el 2006, vam descobrir que aquesta regió seguia el col·lapse impulsat magnèticament que s’esperava teòricament”, assenyala Josep Miquel Girart, coautor i investigador de l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC) i de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC).

L’equip també va descobrir una troballa inesperada: una relació matemàtica senzilla, basada en el principi físic conegut com la llei d’Ampère, que vincula la torsió del camp magnètic amb els corrents elèctrics que flueixen a través del gas. Atès que aquesta relació segueix un patró lineal i predictible, ofereix a la comunitat científica una forma nova i més directa de determinar la direcció dels camps magnètics als núvols de gas i pols on neixen les estrelles, un mesurament notòriament difícil de realitzar.

Comprendre com els camps magnètics donen forma a les ejeccions estel·lars ajuda a explicar un pas fonamental en la formació estel·lar: com les estrelles joves es desfan de l’excés de material i moment angular per poder continuar creixent, en lloc de desintegrar-se per efecte de la rotació. Es creu que aquest mateix procés físic es desenvolupa a escales molt diferents a tot l’univers, des d’estrelles acabades de formar com l’estudiada en aquest article, fins als forats negres supermassius que alimenten galàxies llunyanes.