Amplificación trifásica del campo magnético cósmico en galaxias
- Sergio Martín Álvarez
- Nov 14, 2023
- 3 min read
Updated: Jun 11
Sergio Martin-Alvarez, Julien Devriendt, Adrianne Slyz, and Romain Teyssier
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¿De qué va esto?
Los campos magnéticos en el medio interestelar (ISM) de las galaxias se encuentran en equilibrio con otras formas de energía en estos medios, como la energía turbulenta. Pero cómo evolucionan estos campos magnéticos para alcanzar estas energías tan intensas, particularmente partiendo de los campos débiles que existían (en principio) en las proto-galaxias en el momento de su colapso, sigue siendo una pregunta sin resolver.
Existen, sin embargo, algunos mecanismos que podrían servir para resolver esa diferencia entre los campos magnéticos primordiales débiles y los fuertes campos que observamos en las galaxias actuales. Uno de los candidatos más prometedores es la dínamo de turbulencia, que convierte la energía cinética de la turbulencia en el ISM en energía magnética. Este mecanismo resulta especialmente interesante porque la turbulencia es ubicua en el Universo y su escala temporal de amplificación es muy rápida, comparable al tiempo de "rotación" característico de la turbulencia. Rieder & Teyssier (2016) lograron capturar esta amplificación turbulenta en una galaxia espiral aislada, donde la turbulencia era impulsada por la retroalimentación estelar (feedback; a través de explosiones estelares). Lo interesante es que su estudio emplea el código RAMSES, con un algoritmo de Constrained Transport para el campo magnético, que tiene la ventaja de cumplir la condición solenoidal del campo magnético con precisión numérica.
En este trabajo, extendemos su estudio a un contexto cosmológico. Esto nos permite comprobar si la dínamo de turbulencia también opera cuando las galaxias se modelan en un entorno realista. También nos ayuda a estudiar cómo dicho entorno afecta a la evolución de los campos magnéticos galácticos. Para realizar estas simulaciones necesitamos superordenadores. En concreto, utilizamos el sistema DiRAC Complexity, operado por los Servicios de Informática de la Universidad de Leicester, que forma parte de la infraestructura HPC de STFC DiRAC (www.dirac.ac.uk).
“Estas son, por tanto, las tres fases de amplificación magnética que encontramos en nuestra galaxia: una fase inicial en la que el colapso de la galaxia comprime la energía magnética, una segunda fase en la que la amplificación turbulenta es impulsada por la acreción, y una fase final en la que dicha amplificación turbulenta es impulsada por la retroalimentación estelar.”
¿Qué hemos descubierto?
Descubrimos que, una vez alcanzamos una resolución espacial mínima en nuestras simulaciones, la energía magnética específica (es decir, la energía magnética por unidad de masa) empieza a crecer rápidamente. Este crecimiento se vuelve más eficiente conforme repetimos la simulación con resoluciones espaciales mayores, y presenta señales claras de que hay una dínamo turbulenta actuando (por ejemplo, a través de la forma de su espectro de energía magnética).
Al estudiar cómo evoluciona esta energía magnética, vemos que su crecimiento se puede dividir en tres fases distintas, cada una ligada a una etapa diferente en la vida de la galaxia. Esta evolución se muestra en la imagen inferior, bajo tres esquemas distintos de retroalimentación estelar:
La primera fase corresponde al colapso de la perturbación primordial, donde el crecimiento de la energía magnética se debe a la compresión de las líneas de campo. Después, la galaxia crece sobre todo por acreción fría de gas desde los filamentos cósmicos que la rodean. La amplificación turbulenta que observamos durante esta etapa está impulsada por esa acreción. Hay bastante consenso en que la acreción fría genera turbulencia mediante inestabilidades gravitatorias, aunque no se descartan otros procesos. En cualquier caso, todos están vinculados a la acreción. Por tanto, identificamos una segunda fase donde la amplificación turbulenta está dominada por la acreción continua de gas.
En la tercera y última fase, la galaxia ya ha formado una estructura estelar dominante, desarrolla un disco espiral, y la acreción va perdiendo protagonismo. A partir de este momento, la amplificación magnética solo se mantiene si hay retroalimentación estelar activa. Estas son, por tanto, las tres fases que caracterizan el crecimiento del campo magnético en nuestra galaxia simulada: una fase inicial de compresión, una segunda de amplificación impulsada por la acreción, y una fase final donde la amplificación depende de la retroalimentación estelar.
¿Dónde puedo leer más?
Bueno, si te interesa, en el artículo completo contamos muchas más cosas que no caben en esta entrada —y, por supuesto, con mucho más detalle técnico.
Aquí tienes el enlace:
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