Revelan la primera evidencia del mecanismo universal que da forma a los chorros cósmicos

Los chorros o jets son potentes flujos de materia y energía que se observan en una amplia gama de escalas en el universo: desde los agujeros negros supermasivos en el centro de galaxias, hasta las protoestrellas –estrellas en formación– en nuestra propia Vía Láctea. A pesar de la diversidad de sus fuentes de energía, se cree que estos chorros, que viajan a velocidades supersónicas, en algunos casos cercanas a la de la luz, y desempeñan un papel clave en la evolución de sus entornos, son manifestaciones diferentes de un mismo fenómeno universal. Sin embargo, su mecanismo de colimación, es decir, cómo logran mantenerse tan concentrados y no dispersarse en el espacio, ha sido un enigma durante décadas.

Ahora, este estudio publicado en la revista Astrophysical Journal Letters, “proporciona la primera evidencia sólida de la existencia de un campo magnético helicoidal –en forma de muelle espiral– en un jet protostelar, respaldando así la universalidad del mecanismo de colimación de jets en diferentes entornos astrofísicos”, sostiene Adriana Rodríguez-Kamenetzky, del Instituto de Astronomía Teórica y Experimental (IATE), Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas de Argentina y Universidad Nacional de Córdoba (CONICET-UNC) que lidera el trabajo.

Este hallazgo, basado en observaciones realizadas desde el observatorio radioastronómico Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), gestionado por la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU (NSF), revela que este campo magnético helicoidal es el responsable de guiar estos jets, tanto en estrellas jóvenes como en agujeros negros supermasivos. “Este estudio ha requerido utilizar largos tiempos de integración y un proceso de calibración y reducción de datos muy elaborado, llevando el VLA al límite de sus posibilidades”, apunta Guillem Anglada, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que forma parte del trabajo.

Un campo magnético helicoidal, la clave del enigma

La alta sensibilidad y el amplio ancho de banda del renovado VLA permitieron al equipo investigador realizar un análisis sin precedentes de la denominada Medida de Rotación de la radiación sincrotrón –un tipo de emisión electromagnética producida por partículas cargadas que se mueven a altas velocidades en campos magnéticos– del jet conocido como HH 80-81, originado en una estrella joven de nuestra galaxia.

Esto permitió a los investigadores medir la rotación del ángulo de polarización de la radiación al atravesar un medio magnetizado e ionizado, conocida como rotación de Faraday, revelando la verdadera orientación del campo magnético. Gracias a esta técnica se ha logrado confirmar la presencia de un campo magnético helicoidal, similar a los detectados en jets producidos por agujeros negros supermasivos en distantes galaxias activas. Al ser HH 80-81 un jet mucho más cercano, sus propiedades han podido estudiarse alcanzando un grado de detalle mucho mejor.

Este descubrimiento es la primera prueba clara de que los jets de estrellas jóvenes y los de galaxias lejanas comparten el mismo proceso para mantenerse concentrados.

Concepción artística de una estrella en formación con disco de polvo y chorros bipolares. Imagen: Wolfgang Steffen, UNAM.

En 2010, se logró mapear por primera vez la distribución del campo magnético en un jet de una protoestrella, es decir, el patrón del campo proyectado en el plano del cielo. Este hallazgo ya mostró importantes similitudes, aunque a una escala mucho más pequeña, con los jets que emergen de los discos de acreción que giran en torno a los agujeros negros supermasivos en galaxias activas. “Ahora, hemos dado un paso más allá al mapear no solo la distribución del campo magnético en el plano del cielo, sino también en la dirección de la línea de visión, lo que nos ha permitido obtener su estructura tridimensional”, afirma Guillem Anglada (IAA-CSIC). “Al hacerlo, las similitudes con los jets extragalácticos son aún más evidentes”.

Una de las ventajas de estudiar un jet protoestelar es que, al ser un objeto más cercano, se puede observar con mucho más detalle, lo que ha permitido al equipo científico obtener información sobre propiedades físicas que son desconocidas en los jets extragalácticos. Así, se ha podido confirmar que el campo magnético helicoidal es intrínseco al sistema disco-jet y no es el resultado de interacciones con el medio circundante.

Todos estos avances apuntan a la existencia de un mecanismo universal de colimación que podría ser común a todos los jets astrofísicos, desde los de las estrellas jóvenes hasta los de los agujeros negros supermasivos. “Este descubrimiento nos ayuda a comprender mejor los procesos fundamentales que rigen los flujos de materia y energía en el universo”, concluye Guillem Anglada (IAA-CSIC).

Referencia: 

‘Helical Magnetic Field in a Massive Protostellar Jet’, Astrophysical Journal Letters