Gettare nuova luce sulle grandi strutture cosmiche
Gli ammassi di galassie, che figurano tra le strutture più grandi dell’universo, sono tenuti insieme dalla gravità e contengono centinaia o migliaia di queste, nonché elevate quantità di gas caldo e materia oscura. «Nel corso del tempo, gli ammassi crescono fondendosi tra di loro e attirando materia dall’ambiente circostante», spiega Reinout van Weeren(si apre in una nuova finestra), coordinatore del progetto ClusterWeb e docente presso l’Università di Leiden(si apre in una nuova finestra), nei Paesi Bassi. «Questa materia scorre lungo lunghe strutture chiamate filamenti di ragnatela cosmica.»
Gas, galassie e materia oscura
Tali filamenti, fatti di gas, galassie e materia oscura, si estendono in tutto l’universo e mettono in connessione diversi ammassi. I radiotelescopi hanno rilevato una debole emissione radio dagli ammassi di galassie, prodotta da particelle altamente energetiche che si muovono con una velocità vicina a quella della luce. «Un interrogativo chiave aperto riguarda le modalità con cui queste particelle vengano accelerate a energie così elevate», spiega van Weeren. «L’obiettivo di questo progetto era studiare l’origine di questa emissione radio e determinare i processi fisici che accelerano tali particelle.» ClusterWeb, che è stato sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), si è concentrato sull’osservazione degli ammassi di galassie e dei filamenti di ragnatela cosmica a frequenze radio molto basse, in cui l’emissione radio è solitamente più luminosa e quindi più facile da rilevare. Van Weeren e i suoi colleghi si sono avvalsi delle osservazioni del radiotelescopio LOFAR(si apre in una nuova finestra), un array europeo progettato per osservare il cielo a basse frequenze radio. «Il nostro studio si è concentrato su diverse centinaia di ammassi di galassie», spiega. «L’obiettivo che ci eravamo prefissi era quello di creare immagini dettagliate e comprendere il modo in cui l’emissione radio sia correlata a proprietà come la massa dell’ammasso e l’attività di fusione.»
Immagini ad alta risoluzione di ammassi e filamenti
Sebbene LOFAR abbia fornito al team del progetto una sensibilità e una risoluzione molto più elevate rispetto a quelle fornite dai telescopi precedenti, lavorare con i dati è stato comunque impegnativo. «Innanzitutto, il volume dei dati è enorme e richiede un’elaborazione di calcolo avanzata», osserva van Weeren. «In secondo luogo, a queste basse frequenze la ionosfera terrestre distorce le onde radio in entrata, sfocando le immagini. Il progetto ha pertanto dovuto concentrarsi sullo sviluppo di nuove tecniche per correggere queste distorsioni, permettendoci di produrre immagini chiare e ad alta risoluzione degli ammassi e dei filamenti.» Il progetto ha riscontrato evidenze tangibili in merito al fatto che gli urti e le turbolenze creati durante le fusioni degli ammassi sono responsabili dell’accelerazione delle particelle a energie molto elevate. Inoltre, l’équipe è stata in grado di misurare le proprietà dei campi magnetici all’interno degli ammassi e dei filamenti, che rivestono un ruolo di primaria importanza nel modellare l’emissione radio. «Abbiamo altresì osservato che i getti dei buchi neri supermassicci situati nelle galassie membri dell’ammasso possono iniettare particelle energetiche nel gas caldo dell’ammasso e influenzarne significativamente il comportamento», aggiunge van Weeren.
Modalità di formazione degli ammassi e di evoluzione dei campi magnetici
Questi risultati aiuteranno gli scienziati a comprendere in maniera migliore i processi fisici, e in particolare l’accelerazione delle particelle, che si verificano in tutto il l’universo. Inoltre, fanno luce sul modo in cui le strutture cosmiche più grandi, come gli ammassi e i filamenti, si evolvono nel corso del tempo. «A livello tecnico, i metodi che abbiamo sviluppato per correggere i dati radio distorti possono ora essere applicati in modo più ampio, migliorando la qualità delle immagini per altre osservazioni radio e consentendo la realizzazione di nuove scoperte», conclude van Weeren. Il prossimo passo è costituito dallo studio di ammassi più distanti e delle loro connessioni con i filamenti allo scopo di acquisire una migliore comprensione del modo in cui si formano gli ammassi e di come si originano ed evolvono i campi magnetici, il che richiederà la realizzazione di osservazioni più approfondite e la combinazione di dati provenienti da più frequenze radio per costruire un quadro più completo di tali ambienti complessi.