Filamentos Galácticos Trazan Red de Espaciomemoria en Torno a Sagitario A*

Por: William Brown, Científico de Resonance Science Foundation

Observaciones recientes de filamentos moleculares térmicos alineados radial y horizontalmente en el plano galáctico y que emanan del agujero negro supermasivo central -Sagittarius A*- revelan la estructura de ordenación hidrodinámica subyacente de la red del espaciomemoria ( término acuñado por Nassim Haramein en lugar del convencional espaciotiempo) y la geometría de relación de la arquitectura de la red del espaciomemoria con la magnetohidrodinámica del agujero negro en el Núcleo Galáctico.

Cientos de extraños filamentos se retuercen por el centro de la Galaxia 

El centro de nuestra galaxia está repleto de una miríada de filamentos retorcidos de plasma caliente ordenados radialmente, que pueden haberse formado debido a un extenso flujo de energía colimado procedente de Sagitario A* a lo largo del plano galáctico. Nuevos trabajos han revelado con exquisito detalle muchas de las características de esta población recién descubierta de Filamentos del Centro Galáctico, aunque aún quedan muchas preguntas intrigantes sobre su formación y alineación ordenada.

_{Dos poblaciones de filamentos, perpendicular y paralela al plano galáctico, que discurre horizontalmente. Imagen de Farhad Yusef-Zadeh [1].}

El descubrimiento fue realizado por el equipo de investigación de Farhad Yusef-Zadeh, un grupo de astrofísicos de la Universidad Northwestern de Illinois, utilizando datos del radiotelescopio MeerKAT de Sudáfrica para observar y analizar los misteriosos filamentos galácticos [1]. El grupo de Yusef-Zadeh utiliza la alta sensibilidad y resolución de nuevas instalaciones astronómicas como VLA, MeerKAT y ALMA (interferómetros de radio y submilimétricos), así como otras instalaciones espaciales de rayos X e infrarrojo cercano como Chandra y HST para estudiar el origen de la actividad en el Centro Galáctico.

En 1984, Yusef-Zadeh descubrió un conjunto de grandes filamentos verticales altamente organizados cerca del Centro Galáctico [2], y desde entonces ha añadido observaciones de miles de filamentos similares que se extienden por toda la región [3], así como grandes burbujas que indican salidas de energía hidrodinámicas ordenadas desde Sagitario A*.

_{Imagen de radio de la parte central de la Vía Láctea. Los grandes arcos difusos situados por encima y por debajo del centro brillante son estructuras recién descubiertas que los investigadores están estudiando para conocer mejor la evolución de nuestra galaxia. Estas "burbujas de radio" fueron detectadas por el conjunto de telescopios MeerKAT. Créditos: SARAO/Oxford.} 

La alineación ordenada de los filamentos relativamente cortos del Centro Galáctico, algunos alineados horizontalmente con el plano ecuatorial del disco galáctico y otros que se extienden radialmente desde el Centro Galáctico, sorprendió a los astrofísicos porque los filamentos verticales detectados anteriormente están alineados con el campo magnético de la galaxia, pero los filamentos fuera de la alineación polar norte-sur de la galaxia, deberían estar orientados al azar. Esto plantea interrogantes sobre los procesos hidrodinámicos que subyacen a su formación y qué podría estar produciendo la orientación y alineación no aleatoria ordenada de los numerosos filamentos.

El físico Nassim Haramein ha sugerido que la alineación ordenada de los recién descubiertos Filamentos del Centro Galáctico, es una observación directa del acoplamiento de la red hidrodinámica del espaciomemoria con las salidas y entradas de energía del agujero negro supermasivo central, que describe una serie de características de la actividad del núcleo galáctico que han dejado perplejos a los astrofísicos, como la dinámica subyacente de la retroalimentación de los núcleos galácticos activos que da forma a la galaxia (véase el vídeo a continuación de nuestro reciente Unified Science Review, en el que se discute la dinámica de la retroalimentación de los núcleos galácticos activos y el acoplamiento con el medio de plasma de Planck subyacente).  

El reciente descubrimiento de los Filamentos del Centro Galáctico es una emocionante continuación del análisis de la dinámica activa del núcleo galáctico y los agujeros negros supermasivos. Hay muchas características intrigantes, como la diferencia de la población de filamentos galácticos recién descubierta con los observados por primera vez hace más de 40 años. Por ejemplo, los filamentos verticales miden hasta 150 años luz de altura, mientras que los horizontales sólo miden entre 5 y 10 años luz, y todos apuntan hacia Sagitario A*. Estos filamentos horizontales también parecen estar formados por gas, a diferencia de los verticales, que probablemente estén formados por electrones de alta energía. Sin embargo, ambas poblaciones de filamentos parecen alejarse de Sagitario A*, lo que indica que el agujero negro supermasivo es, al menos en parte, la fuente de las extrañas formaciones. De hecho, parece existir una correlación significativa de los filamentos moleculares con las burbujas de Fermi que se sabe que se originaron a partir de una salida colosal de energía de Sagitario A* [4], lo que sitúa la formación de las estructuras en una época relativamente reciente, hace ~2 - 6 millones de años.

Una dinámica universal

La morfología y la gran organización de los filamentos, desde los alineados verticalmente a 150 años luz que se elevan sobre Sagitario A* hasta los miles de filamentos cortos del centro galáctico, son muy intrigantes, ya que indican fuerzas ordenadoras magnetohidrodinámicas que aún no se comprenden del todo. Los miles de filamentos descubiertos recientemente aparecen en pares y cúmulos, a menudo apilados a igual distancia, uno al lado del otro como las cuerdas de un arpa o derramándose lateralmente como ondas individuales en una cascada. Aunque la dinámica del ordenamiento no se comprende del todo, y la mejor explicación puede ser la retroalimentación hidrodinámica subyacente de la red del  espaciomemoria, la composición de los hilos galácticos colimados se ha delineado en gran medida. Utilizando las observaciones de los radiotelescopios, el grupo de investigación de Farhad Yusef-Zadeh descubrió que los filamentos de sellado vertical están formados por electrones de rayos cósmicos que giran a lo largo de un campo magnético a una velocidad cercana a la de la luz.

Con estos datos, el rompecabezas de lo que están hechos los filamentos se ha unido para formar una imagen coherente y, lo que es más interesante, los datos procedentes de fuera de nuestra propia galaxia están dilucidando algunas de las cuestiones pendientes sobre cómo se forman estas estructuras galácticas aparentemente misteriosas. Los astrónomos han descubierto una nueva población de filamentos galácticos fuera de nuestra galaxia, lo que ofrece nuevas oportunidades para investigar los procesos físicos en el espacio que rodea a los filamentos [5].

Los filamentos recién descubiertos se encuentran en el cúmulo de galaxias Abell 194,  a unos 220 millones de años luz de la Tierra. Algunas de las galaxias del cúmulo son radiogalaxias activas, que parecen ser caldo de cultivo para la formación de filamentos magnéticos a gran escala. La formación de estos filamentos galácticos, observada ahora en otras galaxias, demuestra que el fenómeno es universal y está ligado a la dinámica de retroalimentación de los núcleos galácticos activos del agujero negro supermasivo central de cada galaxia respectiva.

_{Mapa de radiofrecuencia del cúmulo de galaxias NGC 547, NGC 545 y NGC 541, destacando el núcleo galáctico activo de NGC 547 y los filamentos E asociados que se extienden desde los chorros polares; filamentos magnetizados de emisión sincrotónica de plasma que se extienden por el medio intragaláctico. Nótese que la estructura de radio de 3C40B es de aproximadamente 500 kpc, lo que equivale a unos 1,6 millones de años luz de diámetro. Fuente y crédito de la imagen [5].}

Colosos galácticos

Aunque la nueva población de filamentos se parece a los de nuestra Vía Láctea, y comparten algunas similitudes clave, como la misma relación longitud-anchura que los filamentos de la Vía Láctea, y ambas poblaciones parecen transportar energía a través de los mismos mecanismos, existen algunas diferencias clave: los filamentos fuera de la Vía Láctea, por ejemplo, son mucho más grandes: entre 100 y 10.000 veces más largos. El tamaño de estos colosos galácticos es asombroso, ya que algunos filamentos alcanzan longitudes de hasta 200 kiloparsecs, lo que equivale a unas cuatro o cinco veces el tamaño de toda nuestra Vía Láctea. También son mucho más antiguos y sus campos magnéticos son más débiles. Curiosamente, la mayoría cuelgan en un ángulo de 90 grados de los chorros del agujero negro supermasivo central, extendiéndose hacia el medio intracúmulo, un medio dinámico impulsado por la acreción continua a lo largo de filamentos de estructuras a gran escala y fusiones con grupos de galaxias, así como inyecciones internas adicionales de energía procedentes de explosiones de supernovas a medida que evolucionan las galaxias incrustadas, e inyecciones menos frecuentes pero potentes de impulso, energía, rayos cósmicos y campos magnéticos procedentes de los chorros de los núcleos galácticos activos (agujeros negros supermasivos dentro del núcleo galáctico).

Al analizar los colosales filamentos que emanan de los chorros polares de estas galaxias lejanas, se observa que más cerca del chorro, los electrones de los filamentos son más energéticos, pero pierden energía a medida que se alejan por el filamento. Aunque el chorro del agujero negro podría proporcionar las partículas semilla necesarias para crear un filamento, algo desconocido debe estar acelerando estas partículas a lo largo de las longitudes de varios kiloparsecs, y sorprendentemente los electrones permanecen juntos a lo largo de distancias tan asombrosamente largas, lo que no es fácilmente explicable según un modelo convencional de flujo magnetohidrodinámico en el que no hay acoplamiento con el plasma de Planck subyacente de la red del espaciomemoria.

Las diferencias observadas entre los filamentos galácticos de la Vía Láctea y los filamentos más antiguos y colosales de otras galaxias, como NGC547, pueden deberse simplemente a la perspectiva, ya que podemos ver pequeños filamentos de 5 a 10 años luz de longitud en nuestro centro galáctico relativamente cercano, mientras que en otras galaxias situadas a cientos de millones de años luz sólo se observan los filamentos más grandes y prominentes. Lo intrigante es la universalidad de la dinámica que está formando estas estructuras plasmáticas filamentosas, y sin duda revelará conocimientos sobre las fuerzas relativamente invisibles del espaciomemoria que dan forma a los sistemas organizados desde escalas cosmológicas hasta atómicas.

Referencias

[1] F. Yusef-Zadeh, R. G. Arendt, M. Wardle, and I. Heywood, “The Population of the Galactic Center Filaments: Position Angle Distribution Reveals a Degree-scale Collimated Outflow from Sgr A* along the Galactic Plane,” ApJL, vol. 949, no. 2, p. L31, Jun. 2023, doi: 10.3847/2041-8213/acd54b.

[2] F. Yusef-Zadeh, M. Morris, and D. Chance, “Large, highly organized radio structures near the galactic centre,” Nature, vol. 310, no. 5978, Art. no. 5978, Aug. 1984, doi: 10.1038/310557a0.

[3] F. Yusef-Zadeh, R. G. Arendt, M. Wardle, I. Heywood, W. D. Cotton, and F. Camilo, “Statistical Properties of the Population of the Galactic Center Filaments: The Spectral Index and Equipartition Magnetic Field,” ApJL, vol. 925, no. 2, p. L18, Feb. 2022, doi: 10.3847/2041-8213/ac4802.

[4] H.-Y. K. Yang, M. Ruszkowski, and E. G. Zweibel, “Fermi and eROSITA bubbles as relics of the past activity of the Galaxy’s central black hole,” Nat Astron, vol. 6, no. 5, Art. no. 5, May 2022, doi: 10.1038/s41550-022-01618-x.

[5] L. Rudnick et al., “Intracluster magnetic filaments and an encounter with a radio jet,” ApJ, vol. 935, no. 2, p. 168, Aug. 2022, doi: 10.3847/1538-4357/ac7c76.