Los chorros relativistas o jet son estructuras de materia y energía que emergen a velocidades extremas desde objetos astrofísicos. Han fascinado a los científicos durante décadas. Estos flujos, que pueden originarse tanto en agujeros negros supermasivos como en estrellas en formación, destacan por su capacidad de mantenerse increíblemente concentrados en lugar de dispersarse en el espacio. ¿Qué mecanismo permite que estas estructuras sean tan estables a lo largo de distancias inmensas? Durante años, este misterio ha sido uno de los grandes desafíos de la astrofísica moderna.
Ahora, un equipo internacional de investigadores, que incluye al Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), ha encontrado la primera evidencia sólida de un campo magnético helicoidal en un jet protostelar, HH 80-81. Este descubrimiento, publicado en la revista Astrophysical Journal Letters resuelve un aspecto crucial del enigma y confirma que el mecanismo que da forma a estos chorros es universal. Gracias a observaciones realizadas con el radiotelescopio Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), se ha demostrado que este campo magnético helicoidal es el responsable de la colimación de los jets, tanto en galaxias lejanas como en regiones cercanas de nuestra galaxia.
El enigma de la colimación magnética
Los chorros cósmicos son flujos de materia altamente concentrados que emergen de discos de acreción en torno a diferentes objetos astrofísicos. Estos chorros pueden extenderse a lo largo de distancias colosales y, en muchos casos, alcanzan velocidades cercanas a la luz. Sin embargo, su estabilidad a lo largo de estas trayectorias siempre ha planteado un desafío para los modelos teóricos. La colimación, el proceso que permite que estos flujos no se dispersen, parecía depender de un mecanismo universal, pero hasta ahora carecíamos de pruebas claras que lo demostraran.
La idea principal que sostiene la teoría de la colimación se basa en la interacción entre el material ionizado del disco de acreción y el campo magnético que lo rodea. Según este modelo, el campo magnético adopta una forma helicoidal que actúa como una guía para las partículas cargadas, manteniéndolas enfocadas a lo largo del eje del jet. Aunque estas predicciones ya eran parte de la teoría desde hace décadas, la dificultad para observar directamente estos campos magnéticos había limitado nuestra capacidad para confirmar su existencia.
Un campo magnético helicoidal: la clave del enigma
El reciente descubrimiento en HH 80-81 es especialmente importante porque proporciona evidencia directa de un campo magnético helicoidal. Este tipo de campo, con una estructura en forma de espiral, ha sido observado anteriormente en jets extragalácticos, pero nunca en un sistema protostelar tan cercano. Este logro fue posible gracias a técnicas avanzadas como la Medida de Rotación de Faraday, que analiza cómo las ondas electromagnéticas se ven afectadas al atravesar un medio magnetizado.
El análisis permitió a los investigadores mapear la orientación tridimensional del campo magnético en HH 80-81. Descubrieron que el campo helicoidal combina componentes poloidales y toroidales. El componente poloidal, que se alinea con el eje del jet, es más prominente en las regiones externas, mientras que el toroidal, que envuelve el eje del jet como un anillo, domina en el centro. Esta estructura helicoidal es crucial para mantener el flujo de materia concentrado y evitar su dispersión.
Este hallazgo tiene implicaciones importantes para nuestra comprensión de los jets cósmicos. Al demostrar que los chorros de estrellas jóvenes y los de galaxias activas comparten una estructura magnética similar, se refuerza la idea de que existe un mecanismo universal de colimación. Este mecanismo sería independiente del tamaño o la naturaleza del objeto central que lo genera.
El término “tornillo” usado en el título es una metáfora que describe de manera intuitiva la forma helicoidal del campo magnético descubierto en los chorros cósmicos. Este campo helicoidal funciona como una estructura tridimensional en espiral que guía y concentra el flujo de partículas cargadas, similar a cómo las roscas de un tornillo canalizan su movimiento. Esta configuración no solo proporciona estabilidad al chorro, sino que también asegura que las partículas sigan trayectorias bien definidas, permitiendo que el material y la energía sean expulsados con precisión desde el sistema central, ya sea una estrella joven o un agujero negro supermasivo. Este “tornillo cósmico” es esencial para comprender cómo los chorros logran extenderse a lo largo de vastas distancias sin dispersarse.
Similitudes entre sistemas lejanos y cercanos
Uno de los aspectos más destacados del estudio es la comparación entre jets protostelares y jets asociados a agujeros negros supermasivos. Aunque estos sistemas operan en escalas muy diferentes, comparten características fundamentales. En ambos casos, el campo magnético helicoidal actúa como un esqueleto que guía el flujo de materia. Esto sugiere que la colimación magnética es un proceso universal, aplicable a una amplia gama de objetos astrofísicos.
En 2010, se había logrado mapear por primera vez la orientación bidimensional del campo magnético en un jet protostelar, pero este nuevo estudio va mucho más allá. Al incluir la dirección a lo largo de la línea de visión, los investigadores lograron obtener una imagen tridimensional del campo magnético, algo que nunca se había conseguido con este nivel de detalle. Esto demuestra que los jets protostelares, al estar más cerca, son laboratorios ideales para estudiar fenómenos universales como la colimación magnética.
Por otra parte, HH 80-81 presenta una ventaja única: tanto el jet como el contra-jet son visibles, lo que permite analizar ambas partes del flujo. En comparación, los jets extragalácticos suelen estar dominados por el efecto Doppler, que oscurece la parte que se aleja del observador.
Nuevos horizontes
Este descubrimiento abre nuevas oportunidades para investigar los campos magnéticos en el universo. Instrumentos más avanzados, como el Square Kilometre Array (SKA) o el Next Generation Very Large Array (ngVLA), permitirán estudiar jets con mayor sensibilidad y en mayor detalle. Esto podría ayudar a responder preguntas pendientes, como el origen exacto del campo magnético helicoidal y su relación con el disco de acreción.
El estudio de HH 80-81 también podría inspirar investigaciones en otros objetos cercanos, como los jets de estrellas de baja masa. Aunque estos jets suelen ser menos energéticos, podrían proporcionar información complementaria sobre los procesos de colimación. Por otro lado, extender estas técnicas a microcuásares en la Vía Láctea podría revelar similitudes adicionales entre jets de diferentes escalas y orígenes.
Finalmente, este avance no solo mejora nuestra comprensión de los chorros cósmicos, sino que también subraya la importancia de los campos magnéticos en la formación y evolución de estructuras en el universo. La colimación magnética no es un fenómeno aislado, sino un principio fundamental que conecta algunos de los procesos más dinámicos y energéticos del cosmos.
Referencias
- Rodríguez-Kamenetzky, A., Pasetto, A., Carrasco-González, C., Rodríguez, L. F., Gómez, J. L., Anglada, G., Torrelles, J. M., Gomes, N. R. C., Vig, S., & Martí, J. (2025). Helical Magnetic Field in a Massive Protostellar Jet. The Astrophysical Journal Letters, 978(1), L31. DOI: 10.3847/2041-8213/ad9b26.
Cortesía de Muy Interesante
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