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Descubren extraños y gigantes filamentos cósmicos fuera de nuestra galaxia

Algunos de estos filamentos tienen una longitud asombrosa de hasta 200 kiloparsecs, es decir, unas cuatro o cinco veces más largos que el tamaño de nuestra propia galaxia.

Los filamentos magnéticos a gran escala se derraman hacia abajo desde el chorro de un agujero negro, ubicado en un cúmulo de galaxias distante. Crédito: Rudnick et al, 2022.

El astrofísico y profesor de la Universidad Northwestern, Farhad Zadeh, ha estado fascinado y desconcertado por una familia de filamentos magnéticos altamente organizados y a gran escala que cuelgan en el centro de la Vía Láctea desde que los descubrió por primera vez a principios de la década de 1980.

Ahora, 40 años después, el hombre de Northwestern sigue igual de fascinado, pero tal vez un poco menos desconcertado, ya que un nuevo descubrimiento de filamentos similares ubicados en otras galaxias ha llevado a dos dos posibles explicaciones para sus misteriosos orígenes.

En un artículo publicado a principios de este mes en The Astrophysical Journal Letters, Zadeh y sus coautores proponen que los filamentos podrían resultar de una interacción entre el viento y las nubes a gran escala o podrían surgir de la turbulencia dentro de un campo magnético débil.

«Sabemos mucho sobre los filamentos en nuestro propio Centro Galáctico, y ahora los filamentos en las galaxias exteriores están comenzando a aparecer como una nueva población de filamentos extragalácticos», explicó el profesor. «Los mecanismos físicos subyacentes para ambas poblaciones de filamentos son similares a pesar de los entornos muy diferentes. Los objetos son parte de la misma familia, pero los filamentos fuera de la Vía Láctea son primos lejanos más antiguos, y me refiero a primos muy lejanos —en el tiempo y el espacio—».

Algo universal está sucediendo

Los primeros filamentos que identificó Zadeh se extendían hasta 150 años luz de largo, elevándose cerca del agujero negro supermasivo central de la Vía Láctea. A principios de este año, agregó casi 1.000 filamentos más a su colección de observaciones. En ese lote, los filamentos unidimensionales aparecen en pares y grupos, a menudo apilados a la misma distancia, uno al lado del otro como las cuerdas de un arpa o derramándose hacia los lados como ondas individuales en una cascada.

Usando observaciones de radiotelescopios, el astrofísico descubrió que los filamentos desconcertantes comprenden electrones de rayos cósmicos que giran a lo largo de un campo magnético a una velocidad cercana a la de la luz.

Largos filamentos de radio colgando del centro galáctico en una imagen de MeerKAT. Crédito: I.Heywood/SARAO.

Aunque está armando el rompecabezas de qué están hechos los filamentos, el profesor todavía se pregunta de dónde vienen.

Los filamentos recién descubiertos residen dentro de un cúmulo de galaxias —una maraña concentrada de miles de galaxias ubicadas a mil millones de años luz de la Tierra—. Algunas de las galaxias dentro del cúmulo son radiogalaxias activas, que parecen ser caldo de cultivo para la formación de filamentos magnéticos a gran escala. Cuando Zadeh vio por primera vez estos filamentos recién descubiertos, quedó asombrado.

«Después de estudiar los filamentos en nuestro propio Centro Galáctico durante todos estos años, estaba muy emocionado de ver estas estructuras tremendamente hermosas», dijo. «Debido a que encontramos estos filamentos en otras partes del universo, insinúa que algo universal está sucediendo».

Gigantes galácticos

Aunque la nueva población de filamentos se parece a los de nuestra Vía Láctea, existen algunas diferencias clave. Los filamentos fuera de la Vía Láctea, por ejemplo, son mucho más grandes, entre 100 y 10.000 veces más largos. También son mucho más antiguos y sus campos magnéticos son más débiles. La mayoría de ellos cuelgan curiosamente, en un ángulo de 90 grados, de los chorros de un agujero negro hacia la vasta nada del medio intracúmulo —o el espacio encajado entre las galaxias dentro del cúmulo—.

Pero la población recién hallada tiene la misma relación largo-ancho que los filamentos de la Vía Láctea. Y ambas poblaciones parecen transportar energía a través de los mismos mecanismos. Más cerca del chorro, los electrones de los filamentos tienen más energía, pero pierden energía a medida que viajan más abajo en el filamento. Aunque el chorro del agujero negro podría proporcionar las partículas semilla necesarias para crear un filamento, algo desconocido debe estar acelerando estas partículas a lo largo de longitudes asombrosas.

Algunos de los filamentos recién descubiertos, de una galaxia a 246 millones de años luz de distancia. Crédito: F. Zadeh et al.

«Algunos de ellos tienen una longitud asombrosa, hasta 200 kiloparsecs», precisó. «Eso es unas cuatro o cinco veces más grande que el tamaño de toda nuestra Vía Láctea. Lo notable es que sus electrones permanecen juntos en una escala tan larga. Si un electrón viajara a la velocidad de la luz a lo largo del filamento, tardaría 700.000 años. Y no viajan a la velocidad de la luz».

Posibilidades prometedoras

En el nuevo artículo, Zadeh y sus colaboradores plantean la hipótesis de que los orígenes de los filamentos podrían ser una simple interacción entre el viento galáctico y un obstáculo, como una nube. A medida que el viento envuelve el obstáculo, crea una cola similar a la de un cometa detrás de él.

«El viento proviene del movimiento de la propia galaxia a medida que gira», explicó Zadeh. «Es como cuando sacas la mano por la ventana de un auto en movimiento. No hay viento afuera, pero sientes el aire moverse. Cuando la galaxia se mueve, crea viento que podría estar empujando a través de lugares donde las partículas de rayos cósmicos están bastante sueltas. Barre el material y crea una estructura filamentosa».

Las simulaciones, empero, ofrecen otra posibilidad viable. Cuando los investigadores simularon un medio activo y turbulento, se materializaron estructuras filamentosas largas. A medida que las radiogalaxias se mueven, la gravedad puede afectar el medio y agitarlo. El medio luego forma puntos de remolinos giratorios. Después de que el débil campo magnético envuelve estos remolinos, puede estirarse, plegarse y amplificarse, convirtiéndose eventualmente en filamentos alargados con un fuerte campo magnético.

Aunque quedan muchas preguntas, Zadeh todavía se maravilla con los nuevos hallazgos.

«Todos estos filamentos fuera de nuestra galaxia son muy antiguos. Son casi de una era diferente de nuestro universo y, sin embargo, señalan a los habitantes de la Vía Láctea que existe un origen común para la formación de los filamentos. Creo que esto es notable», concluyó.

Fuente: Northwestern. Edición: MP.

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