Arp 220 és una galàxia infraroja ultralluminosa formada per dues galàxies espirals a les fases finals de la seva fusió. Com que es tracta de l'exemple més proper d'aquest tipus de sistemes, actua com una poderosa màquina del temps: el que passa avui a Arp 220 probablement reflecteix el que passava en les primeres generacions de galàxies massives i riques en pols fa més de 10.000 milions d'anys.
Un equip internacional, amb participació de l'Institut de Ciències de l'Espai (ICE-CSIC) i de l'Institut d'Astrofísica d'Andalusia (IAA-CSIC), ha utilitzat l'observatori Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) per cartografiar una “autopista” magnètica que impulsa un potent vent galàctic a Arp 220. "L'estudi revela per primera vegada que els seus ràpids fluxos moleculars estan fortament magnetitzats i que probablement contribueixen a transportar metalls, pols i raigs còsmics a l'espai que envolta la galàxia", assenyala Miguel Ángel Pérez Torres, investigador de l'IAA-CSIC que participa en el treball.
En observar com diminuts grans de pols i molècules de gas s'alineen amb aquests camps, l'equip ha elaborat el mapa magnètic més detallat fins avui dels nuclis ocults de formació estel·lar d'Arp 220 i dels seus fluxos de sortida. Els resultats ofereixen una nova manera d'entendre com interactuen la gravetat, el naixement d'estrelles, els forats negres i les forces magnètiques en un entorn còsmic caòtic.
"Utilitzem ALMA per cartografiar l'orientació i la intensitat dels camps magnètics a les dues galàxies", explica Enrique López-Rodríguez, autor principal de l'estudi i professor associat a la Universitat de Carolina del Sud. "Això va revelar detalls mai observats abans dels nuclis d'Arp 220, ocults per la pols, i dels seus fluxos moleculars, inclosa la primera detecció d'emissió polaritzada de la línia molecular CO(3–2)", afegeix Josep Miquel Girart, responsable del treball observacional i investigador a l'Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC) i de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC). Aquesta emissió va permetre traçar el flux galàctic en una galàxia externa, mostrant que el mateix gas expulsat transporta un camp magnètic ben ordenat.
Les observacions del nucli oest d'Arp 220 van revelar un camp magnètic gairebé vertical que discorre juntament amb un flux molecular bipolar que arriba a velocitats de fins a uns 500 quilòmetres per segon, impulsant una potent “autopista” magnètica fora de la galàxia. Tot i que se sap que les fusions de galàxies i els esclats de formació estel·lar generen vents intensos capaços de frenar o regular la formació d'estrelles en expulsar el gas, aquests resultats nous mostren que els camps magnètics són un component clau —fins ara desconegut— en la força d'aquests vents.
Seguint la pista dels camps magnètics
L'equip va utilitzar ALMA per observar la llum polaritzada emesa per la pols i el gas d'Arp 220, cosa que els va permetre seguir l’empremta dels camps magnètics a les regions més denses i als potents vents que surten de la galàxia. Aquestes observacions van oferir una visió detallada de com s'organitzen els camps magnètics al voltant dels nuclis de formació estel·lar i durant els fluxos de material expulsats a l'espai.
“En combinar aquesta informació amb dades sobre el moviment i la quantitat de gas, aconseguim estimar la intensitat dels camps magnètics i analitzar el seu paper en la dinàmica dels vents galàctics”, explica Antxon Alberdi (IAA-CSIC). Al nucli est, ALMA va revelar a més un patró magnètic en forma d'espiral que travessa un disc compacte embolicat en pols, cosa que indica que aquestes estructures ordenades poden mantenir-se fins i tot en les fases més avançades de la fusió entre galàxies.
A més, entre tots dos nuclis es va detectar una “autopista” de pols fortament magnetitzada, que podria estar canalitzant material i camps magnètics d'una regió a una altra durant la fusió. En paraules d'Enrique López-Rodríguez: “Quan s'observa Arp 220 en conjunt, és un dels millors llocs de l'Univers per estudiar com la gravetat, la formació estel·lar i els vents intensos interactuen amb camps magnètics forts per remodelar una galàxia i enriquir el seu entorn amb gas i pols magnetitzats”.
L'equip estima que les intensitats d'aquests camps magnètics són centenars o fins i tot milers de vegades superiors al camp magnètic mitjà del disc de la Via Làctia. Això suggereix que els camps comprimits i amplificats per la turbulència ajuden a dirigir el material cap al medi circumgalàctic.
Implicacions per a l'evolució de les galàxies
Atès que Arp 220 és l'anàleg més proper de les galàxies extremes, riques en pols i amb intensa formació estel·lar de l'Univers primerenc, aquests resultats indiquen que els camps magnètics forts i organitzats podrien ser comuns en els esclats de formació estel·lar a alt desplaçament cap al roig i exercir un paper clau en la regulació de la formació estel·lar i la retroalimentació al llarg del temps còsmic.
Aquestes observacions amb ALMA demostren que els camps magnètics són un motor fonamental en l'expulsió de material de galàxies com Arp 220. Els camps forts i ordenats als seus vents galàctics actuen com a raïls invisibles, guiant metalls, pols i raigs còsmics cap a l'extens embolcall de gas que envolta el sistema.
Aquest material acabarà contribuint a la formació i enriquiment de futures generacions d'estrelles i galàxies. A mesura que la comunitat astronòmica apunti ALMA i futurs telescopis cap a galàxies cada cop més distants, esperen trobar “autopistes” magnètiques similars actuant a tot el cosmos.
“Més enllà de ser una fusió espectacular, Arp 220 es revela com una peça fonamental per comprendre com les galàxies es transformen amb el temps i com aquests processos han donat forma a l'Univers que observem avui”, conclou Pérez Torres (IAA-CSIC).
