La polvere polarizzata rivela il forte campo magnetico dell'antica galassia - Physics World

La polvere polarizzata rivela il forte campo magnetico dell'antica galassia - Physics World

Timestamp: 18 settembre 2023 11:43

Galassia magnetica
Mappa magnetica: immagine della galassia 9io9 che mostra l'orientamento del suo campo magnetico. (Per gentile concessione: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/J Geach et al.)

Il campo magnetico galattico più distante mai osservato è stato segnalato da un team internazionale di astronomi. Il campo apparteneva a una galassia chiamata 9io9, che vediamo com’era circa 11 miliardi di anni fa – circa 2.5 miliardi di anni dopo la creazione dell’universo nel Big Bang. La scoperta è stata fatta studiando la radiazione emessa dai granelli di polvere allineati dal campo magnetico della galassia.

È noto da tempo che i campi magnetici svolgono un ruolo chiave nella formazione di stelle e galassie. Tuttavia, campi magnetici ordinati su larga scala sono stati osservati solo nella Via Lattea e nelle galassie vicine.

Sebbene sia stato svolto del lavoro teorico sull’argomento, non si sapeva quanto rapidamente i campi magnetici potessero formarsi attorno alle giovani galassie e quindi svolgere un ruolo nella loro futura evoluzione.

Poco compreso

“I campi magnetici sono una di quelle cose che sono componenti chiave nelle galassie ma che sono relativamente poco conosciute, rispetto ad altri processi coinvolti”, spiega James Geach, dell'Università dell'Hertfordshire, che è l'autore principale di un articolo in Natura che descrive la scoperta.

Uno dei motivi di questa scarsa comprensione è che rilevare i campi magnetici distanti nelle galassie giovani è una sfida tecnica. Di conseguenza, i campi magnetici sono spesso assenti in molti modelli e simulazioni di formazione ed evoluzione delle galassie. "C'era la possibilità che il campo potesse essere molto debole e potremmo non essere in grado di rilevarlo", spiega Geach.

Gli scienziati hanno scelto di studiare 9io9 perché è una galassia particolarmente luminosa dotata di lente gravitazionale. Questa lente si verifica quando un oggetto massiccio, come un buco nero o un ammasso di galassie, devia la luce della galassia che passa nelle vicinanze. Ciò può avere l'effetto di ingrandire la galassia come viene vista sulla Terra.

Aghi della bussola

Utilizzando l'Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) in Cile, il team ha rilevato emissioni termiche da grani di polvere intorno a 9io9. I granelli di polvere non sono perfettamente sferici, quindi possono allinearsi a un campo magnetico come gli aghi di una bussola. Questi grani possono assorbire la radiazione elettromagnetica e riemetterla a lunghezze d'onda maggiori

Se i granelli di polvere sono allineati magneticamente, emetteranno luce polarizzata. Analizzando il grado e l'orientamento di questa polarizzazione, il team ha potuto dedurre la direzione e la forza del campo magnetico nella regione in cui si trovavano i granelli di polvere. Hanno scoperto che l'intensità del campo di 9io9 è circa 20 volte quella della Via Lattea e si estende per circa 16,000 anni luce. Il team ha utilizzato questi dati per creare una mappa del campo magnetico della galassia lontana.

“Ciò dimostra che anche entro un arco di tempo relativamente limitato dal Big Bang, è possibile stabilire campi magnetici come quelli che vediamo in più galassie locali”, spiega Geach.

Rainer Beck è un esperto di campi magnetici galattici, ritiratosi dall'Istituto Max-Planck per la radioastronomia nel 2018. Ha raccontato Mondo della fisica che è rimasto sorpreso dall'intensità del campo di 9io9: "È davvero sorprendente, ed è qualcosa che dice che le forze magnetiche sono già molto, molto importanti nell'universo primordiale".

Sbirciando indietro nel tempo

Beck aggiunge che 9io9 rappresenta un “enorme salto” nella nostra comprensione dei campi magnetici delle galassie più antiche. "Finora abbiamo avuto solo qualche indicazione di campi ordinati fino a uno spostamento verso il rosso di 0.4, ma questo è uno spostamento verso il rosso di 2.6."

Il redshift si riferisce al grado in cui la lunghezza d’onda della luce proveniente dalla galassia è stata allungata dalla continua espansione dell’universo – con spostamenti verso il rosso più elevati corrispondenti a oggetti più vecchi e distanti.

Come osservato, la galassia 9io9 è ancora nella sua infanzia e si trova nell'universo primordiale. Di conseguenza, è ancora ricco di gas ionizzati turbolenti che non sono collassati per formare stelle, e i ricercatori hanno sviluppato una teoria su come questa turbolenza sia correlata al campo magnetico.

Movimento turbolento

La galassia ha la forma di un disco che ruota rapidamente. Contiene anche il movimento turbolento derivante dal feedback stellare, che si riferisce ai processi fisici delle stelle che possono modellare il loro ambiente. Ciò include i venti stellari, che sono getti di particelle cariche che escono dalle stelle.

"Pensiamo che sia quell'intensa formazione stellare che sta agitando il gas che ha inizialmente amplificato il campo magnetico", ha detto Geach, "Si ha la rotazione della galassia che avviene allo stesso tempo, il che è una sorta di avvolgimento del campo in un struttura più coerente”.

Il team suggerisce che questa “doppia dinamo” potrebbe essere il modo in cui i campi magnetici ordinati su scala galattica possono formarsi precocemente nelle giovani galassie.

Geach afferma che gli studi futuri possono mirare a mappare il campo magnetico con una risoluzione più elevata per risolvere le diverse componenti del campo e rivelarne la struttura fine.

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