Los misteriosos filamentos de la Vía Láctea tienen parientes lejanos

Filamentos similares a las estructuras magnéticas descubiertas hace 40 años colgando en el centro de la Vía Láctea han sido revelados en otras galaxias más antiguas, aclarando su origen.

En un nuevo artículo, publicado en The Astrophysical Journal Letters, el astrofísico de la Universidad de Norhtwestern Farhard 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", dijo Zadeh en un comunicado. "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 muy distantes (en tiempo y espacio)".

Experto en radioastronomía, Zadeh es profesor de física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y miembro del Centro para la Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA).

Los primeros filamentos que Zadeh descubrió se extendían hasta 150 años luz de largo, elevándose cerca del agujero negro supermasivo central de la Vía Láctea. A principios de este año, Zadeh 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, Zadeh 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. Aunque está armando el rompecabezas de qué están hechos los filamentos, Zadeh todavía se pregunta de dónde vienen. Cuando los astrónomos descubrieron una nueva población fuera de nuestra propia galaxia, se ofrecieron nuevas oportunidades para investigar los procesos físicos en el espacio que rodea a los filamentos.

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".

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 cuelga 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 descubierta 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 ellos tienen una longitud asombrosa, hasta 200 kiloparsecs", dijo Zadeh. "Eso es unas cuatro o cinco veces más grande que el tamaño de toda nuestra Vía Láctea. Lo que es notable es que sus electrones permanecen juntos en una escala tan grande. 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".

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 automóvil en movimiento. No hay viento afuera, pero sientes el aire en movimiento. 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, sin embargo, 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, explicó Zadeh, la gravedad puede afectar el medio y agitarlo. El medio luego forma puntos de remolinos giratorios. Después de que el campo magnético débil 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 descubrimientos. "Todos estos filamentos fuera de nuestra galaxia son muy viejos", dijo. "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".