Le galassie a spirale sono una forma iconica. Sono utilizzati nei loghi dei prodotti e in ogni altro luogo. Viviamo persino in uno. E sebbene possa sembrare in qualche modo ovvio come ottengono la loro forma, ruotando, non è così.
Gli scienziati sono ancora perplessi dalle galassie a spirale e da come ottengono la loro forma, con braccia eleganti piene di stelle. Gli astronomi che lavorano con SOFIA, l'Osservatorio stratosferico per l'astronomia a infrarossi, stanno studiando il ruolo dei campi magnetici osservando galassie a spirale diverse dalla nostra. Di recente, gli scienziati di SOFIA hanno osservato la galassia M77, nota anche come NGC 1068, e hanno presentato i loro risultati in un nuovo studio.
Il nuovo studio si intitola "SOFIA / HAWC + traccia i campi magnetici in NGC 1068" e sarà pubblicato sull'Astrophysical Journal. L'autore principale è Enrique Lopez-Rodriguez, uno scienziato della University Space Research Association presso il SOFIA Science Center presso il Centro Ames Research della NASA.
"I campi magnetici sono invisibili, ma possono influenzare l'evoluzione di una galassia", ha dichiarato Lopez-Rodriguez in un comunicato stampa. "Abbiamo una buona comprensione di come la gravità influenza le strutture galattiche, ma stiamo appena iniziando a imparare il ruolo dei campi magnetici".
M77 è una galassia a spirale a circa 47 milioni di anni luce di distanza. È una galassia a spirale sbarrata, anche se la barra non può essere vista alla luce visibile. Ha un nucleo galattico attivo, anch'esso non visibile alla luce visibile, e ospita un buco nero supermassiccio (SMBH) che è due volte più massiccio di Sgr A *, l'SMBH al centro della Via Lattea. M77 è più grande della Via Lattea: ha un raggio di circa 85.000 anni luce e la Via Lattea è di circa 53.000. M77 ha circa 300 miliardi di stelle, mentre la Via Lattea ha tra 250 e 400 miliardi.
M 77 è la galassia a spirale di grande design più vicina con sia un nucleo galattico attivo luminoso (AGN) che uno starburst circumnucleare luminoso.
I bracci a spirale di M 77 sono pieni di aree di intensa formazione stellare chiamate scoppi di stelle. Le linee del campo magnetico invisibile seguono da vicino i bracci a spirale, sebbene i nostri occhi non possano vederli. Ma SOFIA può, e la loro esistenza supporta una teoria ampiamente diffusa che spiega come queste armi ottengano la loro forma. Si chiama "teoria dell'onda di densità".
Prima che la teoria delle onde di densità fosse sviluppata a metà degli anni '60, c'erano problemi a spiegare i bracci a spirale in una galassia. Secondo il "problema degli avvolgimenti", le braccia a spirale scomparirebbero dopo poche orbite e sarebbero indistinguibili dal resto della galassia.
Ecco un breve video che mostra il problema dell'avvolgimento.
La teoria delle onde di densità afferma che le braccia stesse sono separate dalle stelle, dal gas e dalla polvere che viaggiano attraverso le onde di densità. Le braccia sono la parte visibile delle onde di densità stesse e le stelle si muovono dentro e fuori dalle onde. Quindi le braccia non sono strutture permanenti fatte di stelle, anche se è così.
Ecco un breve video che mostra come le onde di densità creano bracci a spirale nelle galassie.
Le osservazioni SOFIA mostrano che le linee del campo magnetico si estendono fino alle braccia, una distanza di 24.000 anni luce. Secondo lo studio, le forze gravitazionali che hanno contribuito a creare la forma a spirale della galassia stanno comprimendo i campi magnetici, il che supporta la teoria delle onde di densità.
"Questa è la prima volta che vediamo campi magnetici allineati su scale così grandi con l'attuale nascita di stelle nei bracci a spirale", ha affermato Lopez-Rodriquez. "È sempre eccitante avere prove osservative a supporto delle teorie".
Le linee del campo magnetico nelle galassie sono molto difficili da osservare e il più recente strumento di SOFIA lo rende possibile. Si chiama HAWC + o Airborne Wideband Camera-Plus ad alta risoluzione. HAWC + lavora nell'infrarosso lontano per osservare i granelli di polvere, che sono allineati perpendicolarmente alle linee del campo magnetico in M77. Ciò consente agli astronomi di dedurre la forma e la direzione del campo magnetico sottostante.
Ci sono molte potenziali interferenze in M 77, come la luce visibile diffusa e le radiazioni da particelle ad alta energia, ma il loro raggio infrarosso non ne è influenzato. La capacità di SOFIA di vedere nella lunghezza d'onda di 89 micron gli permette di vedere chiaramente i granelli di polvere. HAWC + è anche un polarimetro di imaging, un dispositivo che misura e interpreta l'energia elettromagnetica polarizzata.
Questo studio riguarda solo una galassia a braccio singolo a spirale, quindi c'è ancora molto lavoro da fare. Non è chiaro come le linee del campo magnetico possano avere un ruolo nella struttura di altre galassie, comprese le irregolari. Ma sembra che questa squadra abbia sviluppato un metodo per studiare quelle galassie.
Come si dice nella conclusione del loro articolo, “I risultati presentati qui, insieme ai nostri precedenti studi di M 82 e NGC 253 (Jones et al.2019), forniscono la prova che la polarimetria FIR (Far-Infrared) può essere uno strumento prezioso per studiare la struttura del campo magnetico nelle galassie esterne, in particolare nelle regioni ad alta profondità ottica. "
Di Più:
- Comunicato stampa: come modellare una galassia a spirale
- Documento di ricerca: SOFIA / HAWC + traccia i campi magnetici in NGC 1068
- HAWC +
- Space Magazine: Messier 77 - the Cetus A Barred Spiral Galaxy
