Os campos magnéticos são comuns em todo o universo, mas incrivelmente difíceis de estudar. Eles não emitem ou refletem luz diretamente, e a luz de todo o espectro eletromagnético continua sendo o principal fornecedor de dados astrofísicos. Em vez disso, os pesquisadores tiveram que encontrar o equivalente a limalha de ferro cósmico – matéria em galáxias que é sensível a campos magnéticos e também emite luz marcada pela estrutura e intensidade dos campos.

Em um novo estudo publicado no The Astrophysical Journal , vários astrofísicos de Stanford estudaram os sinais infravermelhos de tal material – grãos de poeira alinhados magneticamente embutidos nas nuvens frias e densas das regiões de formação estelar. Uma comparação com a luz de elétrons de raios cósmicos que foi marcada por campos magnéticos em materiais mais quentes e difusos mostrou diferenças surpreendentes nos campos magnéticos medidos das galáxias .

O astrofísico de Stanford e membro do Instituto Kavli de Aceleração de Partículas e Cosmologia (KIPAC) Enrique Lopez-Rodriguez explica as diferenças e o que elas podem significar para o crescimento e evolução galáctica.

Originalmente das Ilhas Canárias, Lopez-Rodriguez veio para a Bay Area como cientista do Observatório Estratosférico de Astronomia Infravermelha (SOFIA), o jato Boeing 737 modificado para transportar instrumentos acima da maior parte da poeira atmosférica e do vapor de água que bloqueia a luz infravermelha. Antes do programa SOFIA terminar em 2022, Lopez-Rodriguez ingressou em Stanford, onde continua a analisar os dados legados do SOFIA como um dos principais investigadores do SALSA, o Survey of extragALactic MagnetiSm with SOFIA.

Esta entrevista foi editada para maior clareza e brevidade.

Este é o primeiro estudo comparando campos magnéticos em diferentes ambientes físicos de outras galáxias. Para fazer isso, analisamos 15 galáxias próximas diferentes em comprimentos de onda de rádio e infravermelho distante. Temos dois investigadores principais diferentes para este estudo: eu para os dados infravermelhos e Sui Ann Mao no Instituto Max Planck de Radioastronomia na Alemanha para os dados de rádio.

Nossos grupos encontraram dois campos magnéticos muito diferentes nas mesmas galáxias. Observações de rádio traçam um campo magnético muito ordenado no meio ionizado, quente e difuso um a dois kiloparsecs acima dos discos galácticos que estudamos [um kiloparsec é 3.260 anos-luz], enquanto a luz infravermelha distante emitida por grãos de poeira alinhados magneticamente no plano médio de os discos mostram um campo magnético quase duas vezes mais caótico. Em resumo, áreas com maior formação de estrelas tinham campos magnéticos mais fortes e caóticos.

Os braços espirais têm campos magnéticos emaranhados devido à atividade de formação de estrelas e à formação de nuvens moleculares, o que indica altos níveis de turbulência e potencialmente um local onde os campos magnéticos podem ser amplificados. Em contraste, as regiões entre os braços das galáxias espirais e no meio acima e abaixo do disco têm campos magnéticos bem ordenados, o que indica que a rotação da galáxia pode estar desempenhando um papel na ordenação desses campos magnéticos.

Em geral, não sabemos o papel dos campos magnéticos na evolução das galáxias, mas essas observações no infravermelho distante nos dizem que os campos magnéticos estão intrinsecamente relacionados às áreas de formação de estrelas, o que é fundamental para a formação de galáxias. Não sabemos exatamente como eles estão relacionados, mas achamos que pode haver algum tipo de feedback entre os dois.

Com este resultado, podemos agora produzir estudos tridimensionais dos campos magnéticos em outras galáxias que nos ajudarão a estudar seus efeitos na atividade de formação estelar e evolução galáctica.

Mas também precisamos de observações com maior resolução angular para que possamos ver mais de perto as regiões de formação estelar, e também precisamos estudar os campos magnéticos ao longo do tempo cósmico. A boa notícia é que já estamos obtendo esse tipo de dados com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Além disso, a próxima geração de missões espaciais da NASA também inclui os mesmos tipos de observações polarimétricas no infravermelho distante que usamos, só que melhor, para estudar os campos magnéticos em uma amostra estatística de galáxias.

Para mim, na NASA eu era um cientista de instrumentos e voei mais de 100 vezes com o SOFIA - embora cada voo fosse uma aventura, eram muitas vezes para mim, na verdade. A maioria das observações que usamos neste estudo eu mesmo fiz com HAWC+ [a câmera de banda larga aerotransportada de alta resolução+, um polarímetro e gerador de imagens de infravermelho distante]. Eu conhecia o instrumento e como trabalhar com os dados, e criei um novo modo de observação que melhorou a sensibilidade e o tempo de aquisição de observação em 300%. Minha pesquisa se concentra no estudo de campos magnéticos em galáxias e, como já trabalhava de perto com o instrumento, aquisição de dados e análise, este projeto foi uma combinação perfeita.

Depois do SOFIA, eu queria fazer ciência em tempo integral e o KIPAC abriu as portas muito bem para mim. Especialmente quando descobri que a [professora assistente] Susan Clark estava vindo para cá também e percebi que seus objetivos de pesquisa combinavam muito bem com os meus. Também temos Mehrnoosh [Tahani], que estuda os campos magnéticos da Via Láctea no rádio, Sergio [Martin-Alvarez], que faz simulações magneto-hidrodinâmicas, e Alex [Alejandro S. Borlaff], que está visitando da NASA -Ames como um pós-doutorando da NASA.

Agora, temos uma ampla gama de conhecimentos em magnetismo aqui em Stanford, o que nos torna uma equipe única perfeitamente situada para extrair o máximo de ciência dessas observações SALSA.