Os astrônomos mapearam o campo magnético da Bolha Local usando dados obtidos por Planck e Gaia. Aqui, as linhas vetoriais curtas rosa e roxas na superfície da bolha representam a orientação do campo magnético descoberto. A bolha fica dentro da Via Láctea. Crédito: Theo O’Neill / World Wide Telescope
Campo magnético da superbolha cósmica mapeado em 3D pela primeira vez
Um mapa inédito que pode ajudar a responder a perguntas de décadas sobre as origens das estrelas e as influências dos campos magnéticos no cosmos foi revelado por astrônomos do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA).
O mapa revela a provável estrutura do campo magnético da Bolha Local – uma cavidade gigante de 1.000 anos-luz de largura no espaço ao redor do nosso Sol. Como um pedaço de queijo suíço, nossa galáxia está cheia dessas chamadas superbolhas. As mortes explosivas de supernovas de estrelas massivas explodem essas bolhas e, no processo, concentram gás e poeira – o combustível para fazer novas estrelas – nas superfícies externas das bolhas. Essas superfícies espessas servem como locais ricos para a formação subseqüente de estrelas e planetas.
A compreensão geral dos cientistas sobre as superbolhas, no entanto, permanece incompleta. Com o novo mapa de campo magnético 3D, os pesquisadores agora têm novas informações que podem explicar melhor a evolução das superbolhas, seus efeitos na formação estelar e nas galáxias em escala maior.
“Reunir este mapa 3D da Bolha Local nos ajudará a examinar as superbolhas de novas maneiras”, diz Theo O’Neill, que liderou o esforço de criação de mapas durante uma experiência de pesquisa de verão de 10 semanas patrocinada pela NSF no CfA enquanto ainda era estudante de graduação. na Universidade da Virgínia (UVA).
“O espaço está cheio dessas superbolhas que desencadeiam a formação de novas estrelas e planetas e influenciam as formas gerais das galáxias”, continua O’Neill, que se formou na UVA em dezembro de 2022 em astronomia, física e estatística. “Ao aprender mais sobre a mecânica exata que impulsiona a Bolha Local, na qual o Sol vive hoje, podemos aprender mais sobre a evolução e a dinâmica das superbolhas em geral.”
Junto com colegas, O’Neill apresentou as descobertas na 241ª reunião anual da American Astronomical Society na quarta-feira, 11 de janeiro, em Seattle, Washington. Figuras interativas em 3D e uma pré-impressão da pesquisa estão disponíveis no Authorea. A pesquisa foi conduzida no CfA sob a orientação da professora de Harvard e astrônoma do CfA Alyssa Goodman, em colaboração com Catherine Zucker, ex-aluna de astronomia de PhD de Harvard, Jesse Han, estudante de doutorado de Harvard e Juan Soler, especialista em campo magnético em Roma.
“Do ponto de vista da física básica, sabemos há muito tempo que os campos magnéticos devem desempenhar papéis importantes em muitos fenômenos astrofísicos”, diz Goodman, que escreveu sua tese de doutorado sobre a importância dos campos magnéticos cósmicos trinta anos atrás. “Mas estudar esses campos magnéticos tem sido notoriamente difícil. A dificuldade perpetuamente me afasta do trabalho de campo magnético, mas então novas ferramentas de observação, métodos computacionais e colegas entusiasmados me tentam a voltar. imagem de como o universo funciona, desde os movimentos de minúsculos grãos de poeira até a dinâmica dos aglomerados de galáxias.”
A Bolha Local emergiu como um tema quente na astrofísica em virtude de ser a superbolha na qual o Sol e nosso Sistema Solar se encontram agora. Em 2020, a geometria 3D da Bolha Local foi inicialmente trabalhada por pesquisadores baseados na Grécia e na França. Então, em 2021, Zucker, agora do Space Telescope Science Institute, Goodman, João Alves, da Universidade de Viena, e sua equipe mostraram que a superfície da Bolha Local é a fonte de todas as estrelas jovens próximas.
Esses estudos, juntamente com o novo mapa de campo magnético 3D, basearam-se em dados do Gaia, um observatório espacial lançado pela Agência Espacial Europeia (ESA). Ao medir as posições e movimentos das estrelas, o Gaia também foi usado para inferir a localização da poeira cósmica, mapeando suas concentrações locais e mostrando os limites aproximados da Bolha Local.
Esses dados foram combinados por O’Neill e seus colegas com dados do Planck, outro telescópio espacial liderado pela ESA. O Planck, que realizou uma pesquisa de todo o céu de 2009 a 2013, foi projetado principalmente para observar a luz relíquia do Big Bang. No processo, a espaçonave compilou medições de luz de comprimento de onda de micro-ondas de todo o céu. Os pesquisadores usaram uma parte das observações do Planck que traçam emissões de poeira dentro da Via Láctea relevantes para ajudar a mapear o campo magnético da Bolha Local.
Especificamente, as observações de interesse consistiam em luz polarizada, ou seja, luz que vibra em uma direção preferida. Essa polarização é produzida por partículas de poeira alinhadas magneticamente no espaço. O alinhamento da poeira, por sua vez, fala da orientação do campo magnético que atua sobre as partículas de poeira.
Mapear as linhas do campo magnético dessa maneira permitiu que os pesquisadores que trabalhavam com os dados do Planck compilassem um mapa 2D do campo magnético projetado no céu visto da Terra. Para transformar ou “desprojetar” este mapa em três dimensões espaciais, os pesquisadores fizeram duas suposições principais: primeiro, que a maior parte da poeira interestelar que produz a polarização observada está na superfície da Bolha Local. E, segundo, que as teorias que prevêem que o campo magnético seria “arrebatado” para a superfície da bolha à medida que ela se expande estão corretas.
O’Neill posteriormente realizou a complicada análise geométrica necessária para criar o mapa do campo magnético 3D durante o estágio de verão do CfA.
Goodman compara a equipe de pesquisa aos cartógrafos pioneiros que criaram alguns dos primeiros mapas da Terra.
“Fizemos algumas grandes suposições para criar este primeiro mapa 3D de um campo magnético; não é de forma alguma uma imagem perfeita “, diz ela. “À medida que a tecnologia e nossa compreensão física melhoram, poderemos melhorar a precisão de nosso mapa e, com sorte, confirmar o que estamos vendo”.
A visão 3D das espirais magnéticas que surgiram representam a estrutura do campo magnético da superbolha da nossa vizinhança, se o campo foi realmente varrido para a superfície da bolha e se a maior parte da polarização é produzida lá.
A equipe de pesquisa comparou ainda mais o mapa resultante com recursos ao longo da superfície da Bolha Local. Os exemplos incluem a Per-Tau Shell, uma região esférica gigante de formação estelar, e o complexo de nuvens moleculares Orion, outro berçário estelar proeminente. Estudos futuros examinarão as associações entre os campos magnéticos e essas e outras características da superfície.
“Com este mapa, podemos realmente começar a sondar as influências dos campos magnéticos na formação de estrelas em superbolhas”, diz Goodman. “E, por falar nisso, entenda melhor como esses campos influenciam vários outros fenômenos cósmicos.”
Como os campos magnéticos afetam apenas o movimento e a orientação de partículas carregadas em ambientes astrofísicos, Goodman diz que tem havido uma tendência de deixar de lado a influência dos campos ao construir simulações e teorias em que a gravidade – que atua em toda a matéria – é a principal força em jogo. Desencorajando ainda mais sua inclusão, o magnetismo pode ser uma força diabolicamente complexa para modelar.
Essa omissão da influência dos campos magnéticos, embora compreensível, muitas vezes deixa de fora um fator chave que controla os movimentos do gás no universo. Esses movimentos incluem gás fluindo para as estrelas à medida que elas se formam e fluindo para longe das estrelas em jatos poderosos que emanam delas enquanto reúnem matéria em um disco de formação de planetas. Mesmo que o efeito dos campos magnéticos seja minúsculo de momento a momento nos ambientes de baixa densidade onde as estrelas se formam, dadas as escalas de tempo de milhões de anos necessárias para coletar gás e transformá-lo em estrelas, os efeitos magnéticos podem plausivelmente adicionar algo. substancial ao longo do tempo.
Goodman, O’Neill e seus colegas estão ansiosos para descobrir.
“Tive uma ótima experiência fazendo esta pesquisa no CfA e montando algo novo e empolgante com este mapa magnético 3D”, diz O’Neill. “Espero que este mapa seja um ponto de partida para expandir nossa compreensão das superbolhas em toda a nossa galáxia.”
O apoio para este trabalho foi fornecido pela National Science Foundation, NASA e Gordon and Betty Moore Foundation.
Sobre o Projeto Via Láctea 3D
Esta pesquisa faz parte de uma colaboração contínua entre vários projetos de software de código aberto trabalhando juntos para criar um mapa 3D da Via Láctea. Os pacotes de software, incluindo cola, OpenSpace e AAS WorldWide Telescope, são interconectados por meio de interfaces do tipo API e acessam uma ampla variedade de conjuntos de dados abertos, incluindo os do Planck e do Gaia. Saiba mais sobre o projeto 3D Milky Way, que inclui uma colaboração com a equipe do Hayden Planetarium no American Museum of Natural History, onde alguns resultados serão exibidos, em MilkyWay3D.org. As figuras interativas em 3D na pré-impressão do Authorea que compartilham este trabalho são possíveis por meio de software gratuito adicional, incluindo plot.ly e PyVista.
Publicado em 30/01/2023 05h55
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