Il processo di formazione del campo magnetico in una galassia in stato di aggregazione, così come nel corso della formazione stellare, potrebbe essere fortemente accelerato se avviene durante il collasso delle nubi di plasma. È quanto emerge da uno studio, condotto attraverso calcoli analitici che esplorano il comportamento dell’effetto dinamo durante la formazione delle galassie, pubblicato questo mese su Physical Review Letters da un gruppo di ricercatori di numerose istituzioni indiane (Icts, Iucaa, Ashoka University) e della Newcastle University (Regno Unito). Studio poi ripreso in un highlight dalla rivista Physics.
Il campo magnetico nella Galassia Vortice (M51), rilevato dall’osservatorio stratosferico volante Sofia della Nasa, sovrapposto a un’immagine della galassia ripresa dal telescopio Hubble. Crediti: Nasa, Sofia, Hawc+, Alejandro S. Borlaff; Jpl-Caltech, Esa, Hubble
Le galassie si formano da nubi di gas ionizzato – plasma – che collassa sotto l’effetto della gravità. «È in questo momento che la gravità può agitare il plasma, il che può amplificare i campi magnetici», spiega il primo autore dello studio, Muhammed Irshad, dottorando all’Icts.
La teoria che spiega l’origine dei campi magnetici cosmici è la teoria della dinamo ed è legata a effetti di gravità, gradienti di temperatura e rotazione. «Tuttavia, la teoria della dinamo ha i suoi limiti», osserva Pallavi Bhat, coautrice dello studio. «In particolare, fatica a spiegare le osservazioni di giovani galassie con campi magnetici che si mantengono forti per migliaia di anni luce».
Attraverso calcoli analitici, il gruppo è stato in grado di dimostrare che il rimescolamento del plasma che si verifica durante il collasso può accelerare la formazione dei campi magnetici. Di conseguenza, i campi magnetici osservati potrebbero stabilirsi assai più velocemente di quanto si pensasse in precedenza.
La ragione di ciò risiede nel modo in cui il moto turbolento del plasma viene alterato durante il collasso. Una delle principali caratteristiche dei flussi turbolenti è la presenza di vortici: la velocità di crescita del campo magnetico dipende proprio dalla velocità di trasformazione di questi vortici, chiamata in inglese turnover rate. Questo “tasso di rotazione” aumenta con il collasso della nube, portando a una crescita dei campi magnetici accelerata in modo super esponenziale. Si spiega così come i campi magnetici si possano formare molto precocemente, e con intensità maggiori di quelle aspettate con la teoria standard della dinamo per galassie così giovani.
A sinistra, rappresentazione schematica di una nube di plasma in collasso con un campo magnetico uniforme (linee in rosso). In alto a destra: la sola compressione amplifica il campo. In basso a destra: la turbolenza indotta dal collasso accelera l’amplificazione dell’effetto dinamo (introducendo anche una componente orizzontale, in blu), producendo campi magnetici più intensi rispetto a quelli generati dalla sola compressione. Crediti: Pallavi Bhat, Anvar Shukurov, Muhammed Irshad e Kandaswamy Subramanian
Lo studio è stato condotto adottando un particolare sistema di coordinate – dette supercomoventi – usato di solito, in ambito cosmologico, per semplificare i calcoli rendendo nullo il contributo dell’espansione dell’universo o, come in questo caso, la contrazione delle nubi nelle galassie in formazione. «Il metodo funziona bene per un sistema sferico in collasso uniforme», riconosce Irshad, «ma lo studio andrebbe esteso a casi più realistici».
Questi risultati, che come già detto si applicano anche agli ambienti di formazione stellare, suggeriscono che campi magnetici forti possano essere entrati in azione molto presto nella storia dell’universo, avendo così la possibilità di esercitare la loro influenza per un periodo più lungo di quanto pensassimo.
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review Letters l’articolo “Turbulent dynamos in a collapsing cloud”, di Muhammed Irshad P, Pallavi Bhat, Kandaswamy Subramanian e Anvar Shukurov
- Leggi su Physics l’highlight “Gravitational Collapse Primes Galactic Magnetism”, di Charles Day