Filamentos rectos en el cielo muestran conexiones cósmicas

Mar 9, 2021 | Conexión cósmica

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Los astrónomos que utilizaron el nuevo radiotelescopio ASKAP anunciaron el 15 de enero el descubrimiento de un filamento de plasma en forma de flecha que se extiende a lo largo de 2 grados del cielo (cuatro veces el tamaño aparente de la Luna en el cielo). El filamento (fig. 1), que es 100 veces más largo que ancho y es recto hasta unas pocas partes por mil, es un descubrimiento bastante sorprendente. Pero el científico jefe de LPPFusion, Eric Lerner, señala el nuevo descubrimiento como evidencia que vincula los haces de iones emitidos por los diminutos plasmoides de FF-2B con la radiación de fondo de microondas que impregna el universo. Ha incluido su análisis en un artículo que ahora se está revisando en una importante revista astronómica. Nuestra historia es un poco larga, pero creemos que es emocionante.

La radiación de fondo de microondas (CMB) es un baño de radiación de radio que es notablemente suave y pareja en todas las partes del cielo, mostrando variaciones solo a un nivel de diez partes por millón. Su espectro, la intensidad de la radiación representada frente a su frecuencia, es el de un cuerpo negro, una masa completamente opaca, con observación que se ajusta al espectro teórico también dentro de varias partes por millón. En la hipótesis del Big Bang, el CMB es un producto del plasma denso y ultracaliente que resultó del origen del universo. La expansión del universo, en esta teoría, ha enfriado la radiación hasta un gélido 2,7 K por encima del cero absoluto. Sin embargo, en los últimos cinco años, y especialmente desde 2019, las observaciones han contradicho todas las predicciones cuantitativas concretas provenientes de la teoría del Big Bang del CMB. Esto ha llevado a una «crisis de la cosmología» ampliamente publicitada.

Figura 1. Los astrónomos han descubierto este filamento ultra recto al observar centelleos (parpadeos) de cinco fuentes de radio (estrellas rojas). Pueden ver que el filamento es delgado ya que las fuentes cercanas (puntos azules con flechas) no parpadean. Algunas partes del filamento pueden ser lo suficientemente densas como para verlas directamente con sus telescopios, ya que hay dos pequeñas nubes a lo largo de la línea del filamento (imágenes de la derecha).

Hay otra explicación para el CMB. A principios de la década de 1990, Lerner y sus colegas propusieron que la energía del CMB no provenía del Big Bang, sino de los procesos de fusión en estrellas que convertían el hidrógeno en helio. La radiación se suavizó a un baño de cuerpo negro en el universo actual por una «niebla de radio» que consta de filamentos de plasma. Estos filamentos procedían de potentes haces de iones expulsados de cuásares, núcleos galácticos activos y objetos Herbig-Haro (estrellas en proceso de formación).

Lerner mostró cómo estos rayos y la jerarquía de filamentos que forman eran versiones muy ampliadas de los rayos emitidos por los plasmoides en el enfoque de plasma denso. (Consulte la figura 2 para ver ejemplos de estos filamentos). De hecho, el trabajo anterior de Lerner que vinculaba los cuásares con el proceso del enfoque de plasma denso formó la base teórica de los dispositivos Focus Fusion de LPPFusion. Los electrones en el campo magnético fuerte de los filamentos podrían absorber y reemitir la radiación de radiofrecuencia, dispersándola en el CMB observado.

Hubo evidencia observacional de que algo estaba creando una niebla de radio. Las emisiones de radio de las galaxias se atenuaron con la distancia mucho más rápido que su radiación infrarroja, lo que demuestra que el espacio intergaláctico no era transparente a la radiación de radio como la del CMB. Pero no hubo evidencia directa en la década de 1990 de los filamentos que planteó Lerner. Por un lado, los filamentos eran realmente difíciles de ver, ya que eran diminutos para los estándares astronómicos. Los más pequeños tenían solo metros de diámetro y los más grandes miles de millones de kilómetros, todavía cientos de veces más pequeños que las nubes típicas de plasma que se extienden a lo largo de años luz.

Pero ahora el equipo australiano ha detectado filamentos que son consistentes con las predicciones teóricas de hace 30 años. No buscaban filamentos. En cambio, buscaban centelleos rápidos, o parpadeos, de fuentes de radio. Durante mucho tiempo se pensó que los cambios rápidos en la intensidad de las emisiones de radio, durante períodos tan cortos como 15 minutos, se debían al movimiento del medio interestelar a través del cual se ven las fuentes distantes, al igual que el parpadeo de las estrellas se debe al movimiento de la atmósfera terrestre. Buscando en una amplia parte del cielo con el nuevo instrumento ASKAP (que consiste en una serie de tres docenas de radiotelescopios), encontraron seis fuentes que centelleaban rápidamente. Para su sorpresa, cinco de las fuentes se encuentran en línea recta (figura 1). La única explicación es que todos se encuentran detrás del mismo filamento de plasma altamente recto.

El hecho de que el filamento esté recto dentro de 0,2 grados indica que las fuerzas magnéticas internas son al menos 300 veces más fuertes que las externas en el plasma circundante. Por el contrario, los filamentos suavemente retorcidos de objetos como la Nebulosa del Velo muestran que sus campos magnéticos son solo algo más fuertes que los de su entorno. Por tanto, los filamentos rectos son análogos a los filamentos generados en los haces que salen de los plasmoides en un enfoque de plasma denso. Estos haces transportan iones con millones de electronvoltios de energía, confinados por campos magnéticos de decenas de MG (mega-Gauss), mientras que los filamentos que fluyen hacia y forman los plasmoides, análogos a los curvos en la Nebulosa del Velo, son menos energéticos, con energías electrónicas de miles de electronvoltios y campos magnéticos menores que un MG. Los filamentos cósmicos teóricamente predichos en los años 90 tienen energías iónicas de miles de millones de electronvoltios.

Figura 2. Los filamentos emitidos por un dispositivo de enfoque de plasma denso forman una jerarquía, con los filamentos más pequeños organizados en capas circulares dentro de otros más grandes. Esta imagen muestra las secciones transversales de los filamentos reveladas por un film plástico, donde los haces de filamentos impactan, dejando su imagen. La escala muestra que el filamento más grande tiene solo 30 micrones de radio y el más pequeño solo alrededor de 1 micrón. Los filamentos en el espacio están organizados en jerarquías fractales similares pero a escalas mucho mayores. Imagen de Winston Bostick.

Pero la rectitud del filamento cósmico y la alta energía implícita no es el único aspecto sorprendente del nuevo descubrimiento. Los investigadores concluyeron que los centelleos observados en las cinco fuentes deben ser causados por subfilamentos muy pequeños del filamento recto. Primero, notaron, al observar los centelleos a lo largo de un año, que el centelleo se ralentizaba en ciertos meses y se aceleraba en otros de manera suave. Descubrieron que esto se debía a que los filamentos se movían en relación con el Sol más lentamente que la propia velocidad orbital de 30 km/s de la Tierra alrededor del Sol. Cuando la velocidad de la Tierra coincidió con la de los filamentos, el centelleo disminuyó o se detuvo. Cuando la tierra se movía en la dirección opuesta al filamento, los centelleos se aceleraban. Entonces, el equipo de investigación pudo calcular que los filamentos se movían a unos 10 km por segundo.

Dado que los subfilamentos causaron un 50% o más de fluctuaciones en el flujo de radio de las fuentes en solo 15 minutos o 900 segundos, los radios de los subfilamentos son solo aproximadamente 900×10 = 9000 km, no mucho más grandes que la Tierra, extremadamente pequeños para los estándares cósmicos. No solo eso, los investigadores pudieron estimar la distancia a los filamentos. Sabían el tamaño angular aproximado (tamaño aparente en el cielo) de las fuentes brillantes de radio que parpadean detrás de los filamentos. Para que los subfilamentos provoquen grandes fluctuaciones en el brillo de las fuentes de radio, los propios subfilamentos deben tener al menos el mismo tamaño angular. Los investigadores calcularon que la matriz filamentaria debe estar a unos 10 años luz de la Tierra. En términos galácticos, prácticamente en nuestro barrio. Esto significa que, con toda probabilidad, estos filamentos son comunes.

El conjunto de pequeños filamentos energéticos observados, señala Lerner, es cuantitativamente exactamente lo que se esperaría del trabajo teórico original de hace tres décadas. Tales filamentos, esparcidos por el espacio entre las galaxias, harían el trabajo de suavizar el CMB, sin necesidad de un Big Bang.

Podemos esperar aprender mucho más sobre estos filamentos en los próximos meses. Los investigadores que utilizan otra nueva matriz de radiotelescopios, Apertif en los Países Bajos, han detectado 10 nuevos centelleadores rápidos, al menos uno de los cuales muestra los mismos filamentos diminutos. Dado que los filamentos tampoco son tan fáciles de observar en el laboratorio, ya que tienen solo una micra de diámetro, es muy posible que las observaciones astronómicas ayuden a elucidar sobre los haces de FF-2B. Este flujo de resultados de ida y vuelta es una de las características clave de la física del plasma, ya que los fenómenos del plasma son invariantes en la escala, siendo muy similares en las escalas del laboratorio al cosmos.

Esta noticia es parte del informe del 9 de marzo de 2021. Para descargar el informe, haga clic aquí.

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