Uma fusão galáctica é um evento caótico. Quando duas estruturas enormes, como as galáxias, se fundem, suas poderosas forças gravitacionais se destacam de suas órbitas habituais em um processo chamado relaxamento violento. Em essência, as galáxias de fusão estão evoluindo rapidamente, e pequenas perturbações podem ser amplificadas à medida que o sistema se move em direção a um estado mais estacionário.
A intuição sugere que esse caos deve atrapalhar a galáxia, incluindo sua formação de estrelas, mas novas observações da fusão da galáxia ARP 220 mostram que algo mais acontece: a fusão cria um campo magnético maciço que prende o gás e incentiva mais estrelas a se formar.
O ARP 220 é uma das fusões mais próximas da galáxia. Também é extremamente brilhante em infravermelho e é considerado o Ulirg prototípico – um Galáxia infravermelha ultraluminosa. É o resultado de duas galáxias em espiral se fundirem. As galáxias são ricas em gás, o que desencadeia a atividade de explosão nas regiões centrais do ARP 220. Em novas pesquisas, cientistas do Harvard e Smithsonian Center for Astrofísica e outras instituições investigaram essas regiões centrais com o Matriz de submilimeter em Maunakea, no Havaí, para entender melhor os campos magnéticos.
A pesquisa é “Emissão de poeira polarizada em ARP220: campos magnéticos no núcleo de uma galáxia infravermelha ultraluminosa.”Ele será publicado nos avisos mensais da Royal Astronomical Society, e o principal autor é David Clements, do Departamento de Física do Imperial College, no Reino Unido.
Os ULIRGs são caracterizados por intensa formação de estrelas e extrema luminosidade no infravermelho. “O ARP 220 é a fusão de duas galáxias espirais ricas em gás e hospeda uma enorme explosão de estrelas estrelas a uma taxa de ~ 100 massas solares por ano”, explicam os autores. A formação de estrelas está concentrada em dois núcleos distintos no centro do ARP 220.
Como o ARP 220 é o ULIRG prototípico, é um laboratório natural e um estudo de caso para entender esses objetos e sua natureza estrela. Os pesquisadores apontaram a matriz submilleter (SMA) nas regiões centrais do ARP 220 para detectar luz polarizada proveniente de poeira polarizada lá. Como os grãos de poeira se alinham com campos magnéticos, a SMA pode detectar e caracterizar os campos magnéticos medindo a polaridade.
“Apesar do impacto potencial dos campos magnéticos na estrutura da galáxia, as observações sub-MM da polarização em fontes extragaláticas permanecem escassas”, explicam os autores em seu artigo. O primeiro esforço em larga escala para medir essa polarização foi em 2002 quando Pesquisadores publicados A primeira detecção com média da galáxia da polarização sub-MM. Sofia (observatório estratosférico para astronomia infravermelha) forneceu outra amostra limitada de observações de polarização de poeira, mas Sofia terminou em 2022.
Outros esforços foram feitos para detectar os campos magnéticos nas regiões de Starburst, mas não tinham a resolução para ver as duas regiões separadamente. Se cada região ou núcleos tivessem polarizações diferentes, a baixa resolução diluiria a polarização, possivelmente tornando indetectáveis os campos magnéticos. Os autores explicam que seus esforços superaram esse problema. “Apresentamos aqui os resultados das observações de polarização sub-MM do ARP220 na resolução de subarcogundos usando a matriz subilimétrica. Eles são capazes de resolver os núcleos separados e, assim, evitar esse problema de diluição ”, escrevem os autores.
Os autores explicam que detectaram poeira polarizada com um significado de 6 sigma associado ao núcleo ocidental mais brilhante. O Six Sigma é uma detecção muito forte, indicando um nível significativo de polarização criado por poderosos campos magnéticos.
Para que o ARP 220 esteja passando por uma atividade de explosão estelar, muito gás frio precisa ser concentrado nas regiões da Starburst. No entanto, a atividade da Starburst significa que muitas estrelas jovens estão se formando. As estrelas jovens geram muito calor que dispersa o gás, criando um obstáculo para a formação contínua de estrelas.
“Para impedir que isso aconteça, você precisa adicionar algo para manter tudo unido – um campo magnético em uma galáxia, ou a tampa e o peso de uma panela de pressão”, disse o autor principal Clement em um comunicado à imprensa.
“É a primeira vez que encontramos evidências de campos magnéticos no núcleo de uma fusão”, disse Clements, “mas essa descoberta é apenas um ponto de partida. Agora precisamos de modelos melhores para ver o que está acontecendo em outras fusões da galáxia. ”
Os astrônomos estão intrigados há muito tempo pelas galáxias Starburst, especialmente sua taxa de formação estrela extraordinariamente alta (SFR). Quando as galáxias se fundem e se tornam galáxias estelares, elas parecem converter gás em estrelas com mais eficiência do que as galáxias independentes.
Os astrofísicos teorizaram sobre essa propriedade das galáxias Starburst e o que poderia causar isso. Modelos teóricos anteriores sugeriram que os campos magnéticos poderiam ajudar a restringir o gás de se dissipar, impulsionando a atividade de explosão de estrela. No entanto, esta é a primeira vez que os cientistas observam esses campos.
de 2,7 +/- 0,45 mjy próximo à posição do núcleo ocidental ”, escrevem os autores. As elipses representam os discos moleculares rotativos, com os cruzamentos brancos representando as posições dos núcleos. Crédito da imagem: Clements et al. 2025.
Segundo o co-autor do estudo Qizhou Zhang, também do CFA, os campos magnéticos fazem mais do que suprimir a dispersão do gás formador de estrelas. “Outro efeito do campo magnético é que ele diminui a rotação do gás nos discos de fusão de galáxias. Isso permite que a força da gravidade assuma o controle, puxando o gás lento para dentro para abastecer as estrelas ”, disse Zhang. “A SMA tem sido um dos principais telescópios para observações de alta resolução angular de campos magnéticos em nuvens moleculares na Via Láctea. É ótimo ver que este estudo quebra um novo terreno, medindo os campos magnéticos na fusão de galáxias. ”
Em contraste com as observações de outras galáxias próximas, a direção dos campos magnéticos não parece corresponder a saída galáctica instruções.
Existem outras descobertas críticas sobre a orientação dos campos magnéticos do ARP 220. “A polarização da emissão de poeira é orientada aproximadamente perpendicular ao disco molecular no núcleo ocidental”, escrevem os autores. A polarização da emissão de poeira está diretamente relacionada à orientação do campo magnético, e essa orientação perpendicular indica que o campo magnético é orientado para o plano do disco galáctico. No entanto, o campo magnético pode estar em processo de reordenado à medida que o par de núcleos interage. Isso aponta o quão complexo é o ambiente de fusão e como os campos magnéticos são afetados.
Encontrar esses campos magnéticos no ARP 220 indica fortemente que eles estão por trás da inesperada atividade de explosão estelar. Mas é apenas um ponto de dados. É necessária uma amostra maior para reafirmar esses achados. O próximo passo da equipe de pesquisa é mirar Almao irmão mais velho da SMA, em outras galáxias como o ARP 220 para ver se eles também têm esses campos magnéticos.
“Embora as observações descritas aqui lidem com apenas um alvo único, o ULRG mais próximo e mais brilhante, ARP220, eles sugerem que os campos magnéticos podem desempenhar um papel significativo nos processos em andamento nas regiões mais internas dos principais fusões”, explicam os autores no artigo de seu artigo conclusão. “Observações em
A busca da polarização de poeira nas regiões internas de outros ULIRGs locais e outros DSFGs (galáxia empoeirada em estrelas) provavelmente trarão novas idéias para esses objetos e como eles evoluem. ”