Los científicos creen que tras el Big Bang se generaron campos magnéticos galácticos a partir de ‘gérmenes de campo’ producidos por ondas de choque. Esta teoría sobre la formación y evolución del universo ha sido examinada en un reciente experimento que reprodujo en un laboratorio el estado de plasma de estas etapas tempranas.
El origen de los campos magnéticos que cortan el medio interestelar es todavía un misterio. Parece que en las primeras etapas de formación del universo las protogalaxias ya tenían fuerzas magnéticas, que, de alguna manera, se mantuvieron y organizaron para formar el campo. Los científicos buscan el mecanismo primordial que dio lugar a las formaciones que hoy observamos.
“Nosotros hemos sido capaces de reproducir en el laboratorio, en una escala reducida, el estado de plasma del universo temprano”, asegura a SINC Gianluca Gregori, autor del estudio e investigador de la Universidad de Oxford (Reino Unido). Los experimentos se realizaron en Francia, en el Laboratorio para la Utilización de Lásers Intensos (LULI) de la Escuela Politécnica.
“Las observaciones indican, en primer lugar, que los campos están presentes en los cúmulos, en las galaxias e incluso en el vacío”, relata Gregori. “Esta extensa magnetización se explica por la gran antigüedad de los campos, por lo que deben de tener un rol importante en la evolución de las galaxias”.
En el laboratorio los investigadores han podido examinar los mecanismos de generación de campos magnéticos. Sus resultados, publicados en Nature, son coherentes con las simulaciones numéricas que señalan que los campos magnéticos actuales provienen de ‘semillas de campos’ formadas por ondas de choque tras el Big Bang.
Según esta hipótesis, los pequeños campos después se extendieron, con un mecanismo de dinamo y otros procesos turbulentos para dar lugar a los que hoy se observan.
Explosiones generadas con láser
En su estudio, Gianluca Gregori y sus colegas utilizaron sistemas de láser de alta potencia para producir los ‘campos germinales’. “Generamos las sacudidas que creemos que dieron lugar a los campos de origen con ondas expansivas. Estas se obtuvieron mediante una explosión –que imita una supernova– generada al calentar mucho una zona pequeña con el láser”, describe Gregori.
En la fase protogaláctica, a medida que la materia y el gas se acumulaban formando galaxias y cúmulos, hicieron converger impactos de acreción provocados por la gravedad.
“La idea es que, generalmente, la onda de choque no es laminar sino que tiene remolinos, como se ve en la estela de un barco o de un aeroplano”, explica el astrofísico. Además, no tenemos un gas ideal sino plasma, por lo que hay cargas que se arremolinan produciendo un bucle que genera el campo magnético”.
Una tercera vía de investigación
Hasta ahora, las investigaciones en esta dirección se basaban en simulaciones numéricas. Pero, tal y como apunta el investigador “el problema es no lineal y se desarrolla en una amplia escala de espacio y tiempo, así que hace falta otra aproximación”.
En astrofísica otra vía muy utilizada –y la más clásica– es la observación. “Nos da una foto de cómo es el universo, pero la cantidad de información que podemos extraer es limitada”, señala Gregori.
El equipo de la Universidad de Oxford escogió un tercer camino: “Los experimentos escalados en el laboratorio permiten estudiar grandes escalas espacio-temporales y dan información detallada del estado del plasma. Este método es complementario a los otros dos y puede llevarnos a importantes descubrimientos”, declara el investigador.
Campos magnéticos por todas partes
Los campos magnéticos son elementos fundamentales del medio estelar de las galaxias. Influyen en la presión total que equilibra la materia y energía frente al efecto de la gravedad. Podrían afectar a los flujos de gas y también son clave en las primeras etapas de la formación de las estrellas.
Dentro de la Vía Láctea se ha observado –mediante medición de estrellas– un campo magnético muy cerca del Sol. Se utilizan distintas técnicas para identificar los campos, como el estudio de la emisión polarizada de los granos de las nubes de polvo.
El experimento del grupo de Gregori muestra que los campos pudieron producirse mediante un mecanismo de choques, pero se han planteado otras hipótesis. “Por ejemplo, la teoría de F. Miniati y A. R. Bell, que sitúa el origen de los campos en unas corrientes asociadas con la propagación de rayos cósmicos”, apunta Gianluca Gregori. “Otro modelo también utiliza las ondas de choque debidas a las inestabilidades del plasma”.
Referencia bibliográfica
G. Gregori, A. Ravasio, C. D. Murphy, K. Schaar, A. Baird, A. R. Bell, A. Benuzzi-Mounaix, R. Bingham, C. Constantin, R. P. Drake, M. Edwards, E. T. Everson, C. D. Gregori, Y. Kuramitsu, W. Lau, J. Mithen, C. Niemann, H.-S. Park, B. A. Remington, B. Reville, A. P. L. Robinson, D. D. Ryutov, Y. Sakawa, S. Yang, N. C.Woolsey, M. Koenig & F. Miniati. “Generation of scaled protogalactic seed magnetic fields in laser-produced shock waves”. Nature; 481. 26 de diciembre de 2012.
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