un, La morfologia del campo magnetico del Toro ottenuta con il VGT utilizzando 13CO. B, I segmenti di linea blu indicano la morfologia del campo magnetico del Toro ottenuta dalla polarimetria di Planck. Credito: Astronomia della natura (2019). DOI:10.1038/s41550-019-0769-0
Una nuova, approccio più accessibile e molto più economico per rilevare la topologia e la forza dei campi magnetici interstellari, che si intrecciano nello spazio nella nostra galassia e oltre, che rappresenta una delle forze più potenti in natura, è stato sviluppato dai ricercatori dell'Università del Wisconsin-Madison.
Insieme alla gravità, i campi magnetici svolgono un ruolo importante in molti dei processi astrofisici, dalla formazione stellare all'agitazione delle enormi nubi di polvere e gas che permeano lo spazio interstellare, che sono alla base della struttura e della composizione delle stelle, pianeti e galassie. Sulla scala galattica, i campi magnetici dominano l'accelerazione e la propagazione dei raggi cosmici, e svolgono un ruolo importante nel trasferimento di calore e radiazione polarizzata.
Cosa c'è di più, la radiazione polarizzata che nasce dai campi magnetici galattici supera di ordini di grandezza quella del Fondo Cosmico a Microonde (CMB), la radiazione reliquia dei primi istanti dell'universo. La prossima pietra miliare nella comprensione dell'origine dell'universo, alcuni scienziati credono, richiede la misurazione della radiazione polarizzata del CMB. È importante sottolineare che svelare la topologia dei campi magnetici interposti tra la Terra e la CMB sarà un passo necessario per ottenere in modo affidabile quei dati.
Ma nonostante la loro importanza e influenza pervasiva, i campi magnetici interstellari rappresentano una delle ultime frontiere dell'astrofisica. Di loro si sa poco, in gran parte, perché sono estremamente difficili da studiare.
"Ci sono modi molto limitati per studiare i campi magnetici nello spazio, " spiega Alexandre Lazarian, un professore di astronomia alla UW-Madison e un'autorità nel mezzo interstellare, gli spazi apparentemente vuoti tra le stelle che sono, infatti, ricco di materia e di tratti contorti, campi magnetici piegati e aggrovigliati composti da plasmi completamente o parzialmente ionizzati trascinati su campi magnetici. "La nostra comprensione di tutti questi processi (astrofisici) risente della nostra scarsa conoscenza dei campi magnetici".
Ora, gran parte di quella conoscenza potrebbe essere più facilmente a portata di mano. Scrivendo questa settimana (10 giugno, 2019) sulla rivista Astronomia della natura , un team internazionale guidato dall'astrofisico del Wisconsin dimostra una nuova metodologia in grado di tracciare gli orientamenti dei campi magnetici nel vortice dello spazio interstellare.
Il proof-of-concept riportato in Astronomia della natura si basa su una serie di studi teorici e numerici pubblicati negli ultimi due anni da Lazarian e dai suoi studenti, e che delineano un approccio radicalmente nuovo alla mappatura del groviglio di campi magnetici nello spazio.
La formazione di stelle nei turbolenti flussi di gas e polvere della Nube Molecolare di Orione, rappresentato in un'illustrazione basata sui dati del satellite Planck dell'Agenzia spaziale europea. Credito:ESA
Fino ad ora, gran parte della mappatura dettagliata dei campi magnetici in ambienti diffusi come nuvole di polvere e gas nello spazio ha coinvolto la polarimetria a infrarossi con strumenti dispiegati su satelliti o palloni volati in alto nella stratosfera.
Il nuovo metodo, nota come tecnica del gradiente di velocità e informalmente come "tecnica del Wisconsin, " utilizza i dati di osservazione precedentemente raccolti da una varietà di telescopi terrestri, trascendendo la necessità di mettere strumenti nello spazio, una risorsa costosa e limitata per gli astronomi. Basandosi su studi di turbolenza nei campi magnetici nei fluidi conduttori, Lazarian ei suoi studenti hanno ideato il nuovo approccio statistico per misurare la topologia dei campi magnetici utilizzando osservazioni spettroscopiche di routine prese dal suolo.
Per la maggior parte, la luce infrarossa viene assorbita dall'atmosfera terrestre, ecco perché le misurazioni convenzionali del campo magnetico richiedono telescopi posizionati su lunga durata, voli in mongolfiera ad alta quota, o sopra di esso sui satelliti. Negli ultimi anni, molte nuove misurazioni dei campi magnetici interstellari, ad esempio, sono stati raccolti utilizzando il satellite Planck, un osservatorio spaziale europeo con capacità a infrarossi e operativo dal 2009 al 2013.
Applicando la nuova tecnica del Wisconsin a una serie di nubi molecolari interstellari i cui campi magnetici erano stati precedentemente misurati dal satellite Planck, Lazarian ei suoi studenti sono stati in grado di generare mappe ad alta risoluzione utilizzando osservazioni a terra esistenti.
"La tecnica fornisce mappe di campo magnetico di risoluzione paragonabile a mappe ottenute con la missione Planck, "dice Lazzaro, "e utilizza le osservazioni spettroscopiche raccolte dai ricercatori per altri scopi. Dato che la tecnica utilizza dati provenienti da telescopi e interferometri terrestri, la risoluzione delle mappe del campo magnetico può essere notevolmente migliorata."
Oltre a determinare la direzione dei campi magnetici interstellari, la nuova metodologia può determinare la forza del campo su larga scala, fino a ogni pixel su una mappa. "Ciò dimostra che la tecnica del Wisconsin può rivoluzionare gli studi sugli effetti magnetici sulla formazione stellare utilizzando i telescopi terrestri esistenti senza attendere nuove missioni di polarizzazione spaziale con una risoluzione più elevata in un lontano futuro, "dice Lazzaro.
La nuova tecnica, Lazzaro aggiunge, apre anche una finestra unica per lo sviluppo di mappe tridimensionali del campo magnetico, lavoro che è già stato dimostrato in un documento corrispondente pubblicato nel Giornale Astrofisico da Lazarian e dal suo allievo, Diego Gonzales Casanova.
Per contrastare le capacità della nuova tecnica con la polarimetria tradizionale, Lazarian e il suo gruppo, tra cui lo studente laureato in fisica UW-Madison Yue Hu e lo studente laureato in astronomia Ka Ho Yuen, autori chiave del nuovo Astronomia della natura rapporto, hanno implementato la loro nuova metodologia per produrre la prima mappa del campo magnetico della Smith Cloud, una misteriosa nuvola di idrogeno atomico che sembra schiantarsi sul disco della Via Lattea. I precedenti sforzi per mappare il campo magnetico della nuvola sono stati frustrati dalla sua debole emissione infrarossa, oscurando polvere e idrogeno atomico galattico lungo la stessa linea di vista.
