Granos de polvo amorfo en el medio interestelar como una posible explicación de la emisión anómala de microondas

Imagen óptica de la nube molecular de Perseo, una conocida región de formación estelar intensa. El polvo interestelar, que genera la EAM, es claramente visible, pues refleja la luz de estrellas cercanas. Crédito: APOD, 14/01/17, Lóránd Fényes.
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Los principales mecanismos de emisión del medio interestelar en el rango espectral comprendido entre las ondas de radio y el infrarrojo lejano son bien conocidos desde hace tiempo, desde un punto de vista teórico y observacional. Sin embargo, a finales de los años 90 se descubrió un nuevo mecanismo en el rango de microondas que ha venido a llamarse “emisión anómala de microondas” (EAM). Una característica fundamental es que presenta una alta correlación espacial con la emisión térmica producida por granos de polvo del medio interestelar. Esto es, se ha observado una mayor intensidad de la EAM donde la abundancia de granos de polvo es mayor. Por ello se ha propuesto que podría ser emisión de tipo dipolar eléctrica, producida por pequeños granos de polvo que rotan y que presentan un momento dipolar eléctrico. Aunque estos modelos teóricos parecen reproducir bien las observaciones, no está claro exactamente qué tipo de granos de polvo producen esta emisión, ni cuál es su composición. Diversas observaciones (fundamentalmente en el rango infrarrojo lejano) indican que una fracción importante del polvo interestelar debe estar formado por materiales de tipo amorfo. En 2009, se propuso la idea de que la EAM podría ser producida por la emisión resultante de transiciones de resonancia entre los dos niveles de energía estable que deben poseer los átomos de estos materiales amorfos, y que son el resultado de la deformación de su estructura cristalina. Para poder producir una cantidad de emisión en forma de EAM similar a la observada, la hipótesis detrás de este modelo es que la mayoría del polvo interestelar debe estar compuesto por un nuevo tipo de material amorfo aún no conocido en la Tierra. Siguiendo esta idea, en 2019 desarrollamos de manera detallada este modelo y lo ajustamos a los datos en el rango de microondas obtenidos por el experimento QUIJOTE y por lo satélites WMAP y Planck en dos regiones paradigmáticas de EAM: la nube molecular de Perseo y W43. Encontramos que los modelos reproducían con bastante fidelidad las observaciones, cuando consideramos granos de silicatos amorfos. Sin embargo, un aspecto observacional importante, y que este modelo no era capaz de reproducir del todo bien, es el espectro observado en polarización, que muestra emisión polarizada en el rango infrarrojo lejano, y poca o nula polarización en el rango de microondas. En este trabajo hemos solucionado este problema mediante la inclusión de una componente de carbono amorfo. En este caso, el carbono amorfo es el responsable de la emisión en intensidad total, mientras que los silicatos amorfos dominan la emisión polarizada en el rango infrarrojo lejano. A través de la combinación de carbono y silicatos amorfos hemos por lo tanto logrado reproducir simultáneamente las observaciones en intensidad y en polarización. Debido a que el mecanismo físico que la origina aún no se entiende del todo bien, la EAM ha generado mucho interés en la comunidad astrofísica en las últimas décadas. Los resultados presentados en este trabajo vienen a añadir una nueva posibilidad acerca del origen de esta emisión aún algo misteriosa, que esperamos que en el futuro siga siendo estudiada gracias a análisis más detallados de datos ya existentes o procedentes de nuevas observaciones.