Usando osservazioni a lunghezze d'onda radio, Farhad Yusef-Zadeh della Northwestern University sha scoperto filamenti magnetici altamente organizzati già nei primi anni 1980. I filamenti, lunghi fino a 10 anni luce, comprendono elettroni di raggi cosmici che ruotano il campo magnetico vicino alla velocità della luce. Ma la loro origine è rimasta un mistero irrisolto.
Ora, la nuova immagine ha mostrato 10 volte più filamenti di quelli precedentemente scoperti, consentendo a Yusef-Zadeh e al suo team di condurre per la prima volta studi statistici su un'ampia popolazione di filamenti. Queste informazioni potrebbero potenzialmente aiutarli a svelare finalmente il mistero.
"Abbiamo studiato i singoli filamenti per molto tempo con una visione miope", ha detto Yusef-Zadeh, autore principale dell'articolo. "Ora, finalmente vediamo il quadro generale: una vista panoramica piena di un'abbondanza di filamenti. Il solo esame di alcuni filamenti rende difficile trarre conclusioni reali su cosa siano e da dove provengano. Questo è uno spartiacque per promuovere la nostra comprensione di queste strutture".
Yusef-Zadeh è professore di fisica e astronomia al Weinberg College of Arts and Sciences della Northwestern e membro del Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA). Per costruire l'immagine con chiarezza e dettagli senza precedenti, gli astronomi hanno trascorso tre anni a sorvegliare il cielo e ad analizzare i dati presso il South African Radio Astronomy Observatory (SARAO). Utilizzando 200 ore di tempo sul telescopio MeerKAT di SARAO, i ricercatori hanno messo insieme un mosaico di 20 osservazioni separate di diverse sezioni del cielo verso il centro della galassia della Via Lattea, a 25.000 anni luce dalla Terra.
Per visualizzare i filamenti su una scala più fine, il team di Yusef-Zadeh ha utilizzato una tecnica per rimuovere lo sfondo dall'immagine principale al fine di isolare i filamenti dalle strutture circostanti. L'immagine risultante lo ha sbalordito. Mentre molti misteri che circondano i filamenti rimangono, Yusef-Zadeh è stato in grado di mettere insieme più pezzi del puzzle. Nel loro ultimo articolo, lui e i suoi collaboratori hanno esplorato specificamente i campi magnetici dei filamenti e il ruolo dei raggi cosmici nell'illuminare i campi magnetici.
La variazione della radiazione emessa dai filamenti è molto diversa da quella emessa a seguito di una esplosione di supernova, suggerendo che i fenomeni hanno origini diverse. È più probabile, in base a quanto scoperto dai ricercatori, che i filamenti siano legati all'attività passata del buco nero supermassiccio centrale della Via Lattea, piuttosto che a esplosioni di supernove. I filamenti potrebbero anche essere correlati a enormi bolle radioemettitrici, che Yusef-Zadeh e collaboratori hanno scoperto nel 2019.
E, mentre Yusef-Zadeh sapeva già che i filamenti sono magnetizzati, ora può dire che i campi magnetici sono amplificati lungo i filamenti, una caratteristica primaria che tutti i filamenti condividono. "Questa è la prima volta che siamo stati in grado di studiare le caratteristiche statistiche dei filamenti", ha detto. "Studiando le statistiche, possiamo saperne di più sulle proprietà di queste fonti insolite.
"Se venissi da un altro pianeta, per esempio, e incontrassi una persona molto alta sulla Terra, potresti presumere che tutte le persone siano alte. Ma se fai statistiche su una popolazione di persone, puoi trovare l'altezza media. Questo è esattamente ciò che stiamo facendo. Possiamo trovare la forza dei campi magnetici, le loro lunghezze, i loro orientamenti e lo spettro delle radiazioni". Tra i misteri rimanenti, Yusef-Zadeh è particolarmente perplesso riguardo a come appaiono strutturati tra loro i filamenti. I filamenti all'interno degli ammassi sono separati l'uno dall'altro a distanze perfettamente uguali, circa la distanza dalla Terra al sole.
"Assomigliano quasi alla spaziatura regolare nei circuiti solari", ha detto. "Non sappiamo ancora perché arrivano in cluster né capiamo come si separano, e non sappiamo come si verificano queste spaziature regolari. Ogni volta che rispondiamo a una domanda, sorgono molte altre domande". Yusef-Zadeh e il suo team non sanno ancora se i filamenti si muovono o cambiano nel tempo o cosa sta causando l'accelerazione degli elettroni a velocità così incredibili. "Come si accelerano gli elettroni vicino alla velocità della luce?" si è chiesto. "Un'idea è che ci sono alcune fonti alla fine di questi filamenti che stanno accelerando queste particelle".
Yusef-Zadeh e il suo team stanno attualmente identificando e catalogando ogni filamento. L'angolo, la curva, il campo magnetico, lo spettro e l'intensità di ciascun filamento saranno pubblicati in uno studio futuro. La comprensione di queste proprietà darà alla comunità astrofisica più indizi sulla natura sfuggente dei filamenti.