Scoperto il colosso dell’Idra

Con la sua massa monstre di circa 1.7 milioni di miliardi di masse solari è uno tra gli “oggetti” più grandi dell’intero universo. Ancora non ha un nome, si trova in direzione della costellazione dell’Idra, e l’hanno scoperto analizzando i dati raccolti dal telescopio spaziale per raggi X eRosita con la survey eFeds (eRosita final equatorial depth survey), condotta su 140 gradi quadrati di cielo durante cosiddetta performance verification phase. In parole povere, durante il collaudo sul campo. È un supercluster, un superammasso di galassie: un gruppo di ammassi di galassie – otto, in questo caso. Un bel risultato: non solo conferma le eccellenti performance di eRosita, ma aggiunge anche un nuovo esemplare alla scarna lista dei supercluster a oggi conosciuti. Scarna al punto da poterli elencare tutti – per ora – in una pagina di Wikipedia. «Il numero di superammassi dipende dalla definizione usata, ma se ci basiamo sulla definizione di Gayoung Chon se ne conoscono poco meno di duecento – erano 164 nel catalogo di Chon et al. del 2012», ricorda a Media Inaf il primo autore della scoperta del nuovo supercluster, Vittorio Ghirardini, ricercatore al Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik di Garching, in Germania. Un numero destinato a crescere rapidamente, e proprio grazie a eRosita. «Già nel corso della sola minisurvey eFeds, di superammassi ne abbiamo trovati quattro o cinque, e abbiamo predetto che alla fine della missione ne avremo trovati circa 500». Per quanto possa sembrare paradossale, i superammassi – pur essendo i giganti del cosmo – sono assai difficili da identificare, soprattutto se distanti come eFeds J093513.3+004746 (questo il “numero di targa” dell’oggetto scoperto da Ghirardini e colleghi). Fra i supercluster della minisurvey eFeds è quello a più alto redshift: 0.36, vale a dire una distanza di circa quattro miliardi di anni luce. Questo spiega perché sia stato necessario attendere l’entrata in funzione del telescopio spaziale del Max Planck per individuarlo. «Il superammasso che abbiamo scoperto è composto da ammassi che sono relativamente poco brillanti, ed eRosita è il migliore strumento per trovare ammassi a questo redshift usando una strategia di survey», dice Ghirardini. «Ed è infatti proprio uno dei motivi per cui eRosita è stato costruito: trovare ammassi che sono poco brillanti impiegando un tempo di osservazione contenuto. Al giorno d’oggi si conoscono circa duemila ammassi di galassie. Grazie a eRosita, che fra dicembre 2019 e dicembre 2023 compirà otto scansioni dell’intero cielo, tra qualche anno ne conosceremo circa centomila: 50 volte tanti. E soltanto con così tanti ammassi si riescono a trovare bene superammassi di galassie, i quali sono formati da qualche ammasso di galassie di grandi dimensioni, certo, ma per lo più da tanti più “piccoli” – tra virgolette, visto che chiamiamo “piccolo” un ammasso di centomila miliardi di masse solari…». Insomma, eRosita è molto più sensibile e veloce di qualunque altro strumento a raggi X oggi disponibile per le survey, quindi è in grado di scoprire in poco tempo moltissimi ammassi di galassie. Il che lo rende anche la macchina ideale per identificare i superammassi. Ma per sfruttare la scoperta di questi superammassi a fini scientifici eRosita da solo non basta. Una volta individuati, occorre analizzarli in dettaglio anche con i radiotelescopi. Come ha fatto in questo caso LoFar, un array europeo di antenne per le basse frequenze – del quale anche l’Inaf è partner – in grado di tracciare la sottile rete di collegamento fra gli ammassi del supercluster. «I superammassi sono costituiti da agglomerati di ammassi di galassie e sono le strutture più grandi dell’universo. In queste strutture avvengono complesse interazioni fra ammassi che forniscono ambienti unici per studiare la connessione fra emissione radio e dinamica delle strutture cosmiche», spiega uno dei coautori dello studio in uscita su Astronomy & Astrophysics, Gianfranco Brunetti, dell’Inaf di Bologna. In particolare, LoFar è sensibile all’emissione radio di sincrotrone, che traccia la dissipazione dell’energia gravitazionale nelle grandi strutture cosmiche, come appunto i superammassi. «Parte di questa energia viene dissipata nell’accelerazione di particelle e amplificazione di campi magnetici a opera di complessi fenomeni che coinvolgono turbolenza e gigantesche onde d’urto. Questi fenomeni», continua Brunetti, «sono studiati principalmente negli ammassi più grandi, ma grazie alla sensibilità delle osservazioni a bassa frequenza con LoFar è oggi possibile pensare di osservare l’emissione su scale ancora più grandi – fino appunto ai filamenti cosmici fra ammassi. Nel caso di eFeds J093513.3+004746, le osservazioni con LoFar della parte nord del superammasso hanno permesso di scoprire un’emissione diffusa connessa alla fusione tra ammassi appartenenti al superammasso. Osservazioni ancora più profonde permetteranno di capire se esiste emissione su scale ancora più grandi, potenzialmente da tutto il superammasso. In Italia, ad esempio, stiamo analizzando un’osservazione del superammasso della Corona Boreale che sarà circa sei volte più profonda di quella del campo eFeds». Media Inaf

Abell 1758, ecco una mega collisione galattica

Le collisioni galattiche sono “incidenti” abbastanza frequenti nelle pur poco trafficate autostrade cosmiche. Ma cosa succede se ad essere coinvolte in questi scontri tra titani non sono due galassie ma due ammassi di galassie? E se invece sono quattro, cosa accade? Dal mega scontro e dalla fusione verrebbe fuori una mega struttura: un super ammasso di galassie, uno degli oggetti più massicci dell’universo.

Ed è proprio questo che ci mostra l’immagine qui accanto, una composizione delle immagini in X di Chandra e di altri telescopi con un’immagine nell’ottico della Sloan Digital Sky Survey: una rara collisione in corso tra quattro ammassi di galassie, ciascuno dei quali ha una massa centinaia di migliaia di miliardi di volte quella del nostro Sole. La cui fusione, come detto, comporterà la formazione di uno degli oggetti più massicci dell’universo. Gli ammassi di galassie sono grandi e affascinati strutture cosmologiche: migliaia di galassie tenute insieme dalla gravità, inzuppate in grandi quantità di gas caldo, e contenenti una porzione ancora più grande di materia oscura invisibile. Che due di questi ammassi di galassie occasionalmente possano scontrarsi può accadere, ma che lo facciano ben quattro di queste strutture è un evento che non capita tutti i giorni, neanche su scala cosmica. Non è unico, certo, ma sicuramente è raro. La mega struttura si sta assemblando in un sistema quadruplo, chiamato Abell 1758, individuato per la prima volta nel 2004 grazie agli stessi dati di Chandra e a quelli del satellite Xmm-Newton dell’Esa a circa 3 miliardi di anni luce dalla Terra. Nello specifico, il sistema contiene due coppie di ammassi di galassie in collisione che si dirigono l’una verso l’altra: la coppia di ammassi settentrionale – quella in alto nell’immagine – dove i centri dei due ammassi si sono già incrociati una volta, circa 300/400 milioni di anni fa, e la coppia meridionale – in basso nell’immagine – contenente invece i due ammassi di galassie che si stanno approcciando per la prima volta. Quelle rappresentate in blu e bianco sono le emissioni di gas caldo di ciascuna coppia di ammassi, osservate grazie alla vista neli raggi X di Chandra, poste sullo sfondo ottenuto nell’ottico dalla Sloan Digital Sky Survey. Una immagine bella di un evento raro che l’osservazione, per la prima volta, di una onda d’urto (shock wave, in inglese) – analoga al “bang” prodotto da un jet quando supera la barriera del suono – nel gas caldo della coppia di ammassi settentrionale rende unica. E proprio grazie a questa onda d’urto, gli astronomi hanno stimato che i due ammassi si stanno muovendo ad una velocità compresa tra i 3 e 5 milioni di chilometri all’ora l’una rispetto all’altra, roba da fare tremare persino Flash. Ma queste non è l’unica informazione che da questa immagine possiamo trarre. Infatti, possiamo osservare anche come gli elementi pesanti si mescolano e si redistribuiscono dopo che gli ammassi collidono e si fondono. Un processo che dipende dal grado di avanzamento della fusione. E poiché le due coppie di ammassi si trovano in due diversi stadi di fusione, Abell 1758 costituisce un vero e proprio caso studio di questo aspetto. Nella coppia a sud, in particolar, dove gli ammassi stanno per collidere, gli elementi pesanti  sono più abbondanti nei centri dei due ammassi in collisione, il che significa che la loro posizione non ne è stata ancora influenzata. Nella coppia a nord, al contrario, la collisione e la fusione in uno stadio più avanzato ha già influenzato la posizione di questi elementi. La maggior parte si trova infatti tra i due centri degli ammassi, a sinistra della coppia, mentre solo una quantità inferiore è al centro degli ammassi, sul lato sinistro dell’immagine.

La Grande muraglia di Ercole – Corona Boreale

La Grande muraglia di Ercole, più precisamente Grande muraglia di Ercole–Corona Boreale (anche abbreviata in Her–CrB GW) è un’immensa struttura di galassie che misura oltre 10 miliardi di anni-luce. È la più grande struttura nota, per dimensioni e massa, dell’universo osservabile. Questa enorme struttura è stata scoperta nel novembre 2013 da una mappatura dei lampi gamma che si verificano nell’universo distante. Gli astronomi hanno usato i dati della missione Swift Gamma Ray Burst e del Telescopio spaziale per raggi gamma Fermi. La Grande muraglia di Ercole è stata anche la prima struttura diversa da un ammasso di quasar a divenire la più grande struttura nota nell’universo, dal 1991.

Caratteristiche

La struttura è un filamento di galassie, o un enorme gruppo di galassie legato dalla gravità. Si estende in lunghezza per circa 10 miliardi di anni luce (3 Gpc), ossia circa 1/9 (il 10,7%) del diametro dell’universo osservabile, è larga 7,2 miliardi di anni luce (2,2 miliardi di parsec; 150,000 km/s in coordinate comoventi), ma è spessa solamente 900 milioni di anni luce (300 Mpc). In virtù di tali dimensioni è la più grande struttura nota nell’universo. Presenta uno spostamento verso il rosso compreso tra 1,6 e 2,1, corrispondente ad una distanza di circa 10 miliardi di anni luce, e si trova nel cielo in direzione della costellazione di Ercole e della Corona Boreale.

Ammassi di galassie in collisione

Questo mese si festeggiano i cento anni dalla pubblicazione da parte di Albert Einstein della teoria della relatività generale, uno dei risultati scientifici più importanti del secolo scorso Una delle implicazioni fondamentali che deriva della teoria di Einstein è che la materia deforma il tessuto dello spazio-tempo, e quindi la presenza di un oggetto massiccio può causare una deflessione osservabile di un raggio di luce. La prima prova osservativa di questo effetto è stata raccolta durante un’eclissi solare, poiché la luce di una stella lontana, prospetticamente vicina al disco del Sole, è stata deviata nel passaggio nei pressi della nostra stella, risultando più lontana dal disco rispetto a quanto ci si aspettava. Gli astronomi hanno poi osservato molte altre volte questo fenomeno, che è stato chiamato “lente gravitazionale” e ha permesso di studiare nel dettaglio galassie e ammassi di galassie molto lontani da noi. Gli ultimi risultati ottenuti per l’ammasso di galassie chiamato “Cheshire Cat” (in italiano “lo stregatto”) mostrano come le teorie di cento anni fa possono dare anche oggi risultati sorprendenti. Gli astronomi hanno dato questo nome all’ammasso a causa della forma, che somiglia a quella del volto sorridente di un felino. Le singole galassie del sistema sono state anche osservate nella banda visibile utilizzando il Telescopio Spaziale Hubble della NASA. Ognuna delle due galassie che fungono da “occhi” è il membro più brillante del proprio gruppo, inoltre i due gruppi di galassie stanno viaggiando uno verso l’altro a quasi 500.000 km/h. I dati raccolti dal telescopio ai raggi X Chandra della NASA (in viola nell’immagine), pubblicati su un articolo apparso suThe Astrophysical Journal, mostrano la presenza di gas caldo (fino a milioni di gradi). I dati estremamente dettagliati di Chandra hanno inoltre permesso di rivelare che l’”occhio” sinistro contiene un buco nero supermassiccio in piena attività. Gli astronomi stimano che i due “occhi” dello stregatto si fonderanno in circa un miliardo di anni, lasciando al loro posto una grande galassia e decine di piccole satelliti. A quel punto forse il nome più appropriato per il gruppo diventerà “Ciclope”.
di Elisa Nichelli (INAF)

L’Ammasso della Fenice abbatte nuovi record

Gli ammassi di galassie sono spesso descritti utilizzando superlativi. Dopo tutto si tratta enormi agglomerati di galassie, gas caldo, e materia oscura, le strutture più grandi che ospiti l’Universo tenute insieme dalla forza di gravità. Gli ammassi di galassie tendono a non produrre un gran numero di nuove stelle, specialmente nelle loro zone centrali. In genere, infatti, al centro di un ammasso troviamo una galassia gigante, che forma stelle ad un ritmo molto lento e che contiene un buco nero supermassiccio circa mille volte più grande di quello al centro della nostra galassia. Senza il riscaldamento dovuto alla presenza di questo buco nero, le abbondanti quantità di gas presente nella galassia dovrebbero raffreddare, innescando la formazione di stelle. In pratica il buco nero centrale si comporta come una specie termostato, impedendo il raffreddamento del gas e quindi la formazione stellare. Alcuni dati recenti forniscono maggiori dettagli su come l’ammasso di galassie SPT-CLJ2344-4243, soprannominato Ammasso della Fenice poiché lo vediamo all’interno della costellazione della Fenice, si comporti contro tendenza. Questo ammasso ha già abbattuto numerosi record in passato: nel 2012 gli scienziati hanno annunciato che l’ammasso era caratterizzato dal più alto tasso di gas in raffreddamento e di formazione stellare mai visto, inoltre è anche il più potente emettitore di raggi X di tutti gli ammassi noti. Recenti osservazioni effettuate nella banda dei raggi X, degli ultravioletti, e nelle lunghezze d’onda ottiche ottenute rispettivamente dai telescopi spaziali Chandra e Hubble della NASA, e dal telescopio Clay-Magellan in Cile, stanno aiutando gli astronomi a capire qualcosa di più di questo oggetto straordinario. I dati ottici del Clay-Magellan rivelano filamenti sottili al centro dell’ammasso, in corrispondenza delle zone ad alta formazione stellare. Queste enormi distese cosmiche di gas e polveri, la maggior parte delle quali non era mai stata rilevata prima, si estendono da 160.000 a 330.000 anni luce. Questa distanza è maggiore dell’intera larghezza della Via Lattea, e questo li rende i filamenti più grandi mai scoperti in un ammasso di galassie. Questi enormi filamenti circondano grandi regioni vuote, con emissione di raggi X notevolmente ridotta. Le zone a bassa emissione di raggi X sono ben visibili nell’immagine che mostra i dati Chandra (in blu) sovrapposti a quelli ottici del telescopio spaziale Hubble (in rosso, verde e azzurro). Gli astronomi ritengono che le cavità siano state scavate da potenti getti di particelle ad alta energia provenienti dal buco nero supermassiccio nella galassia centrale. Mentre la materia spiraleggia verso un buco nero, viene rilasciata un’enorme quantità di energia gravitazionale. Osservazioni combinate nei raggi X e nelle onde radio hanno mostrato che in altre galassie una parte significativa di questa energia viene rilasciata da getti che possono durare fino a milioni di anni. La dimensione osservata per le cavità di SPT- CLJ2344-4243 indica che i getti che le hanno prodotte sono tra i più energetici mai osservati. Tuttavia, il buco nero centrale nell’Ammasso della Fenice soffre una piccola crisi di identità, poiché condivide proprietà di due diverse classi di sorgenti: i quasar, oggetti molto luminosi alimentati da materiale in caduta su un buco nero supermassiccio, e le radio galassie, che contengono getti di particelle energetiche che brillano nelle onde radio, anche loro alimentate da enormi buchi neri. Metà della produzione di energia di questo buco nero proviene da jet che spingono meccanicamente il gas circostante (come avviene nelle radio galassie), e l’altra metà da radiazione ottica, ultravioletta e nei raggi X, originata da un disco di accrescimento (come nei quasar). Gli scienziati hanno ipotizzato che il buco nero potrebbe trovarsi in uno stato che alterna continuamente tra questi due comportamenti. Le cavità nei raggi X che si trovano a grandi distanze dal centro dell’ammasso, anche dette “cavità esterne”, ci permettono di trarre informazioni sulle esplosioni avvenute nei pressi del buco nero centrale circa un centinaio di milioni di anni fa (trascurando il tempo impiegato dalla luce ad arrivare dall’ammasso fino a noi). Ciò significa che il buco nero potrebbe essersi trovato in modalità radio circa un centinaio di milioni di anni fa, passando poi alla modalità quasar, e tornando nuovamente a quella radio. Gli scienziati ritengono che il raffreddamento del gas potrebbe essersi verificato durante la fase di quiete tra queste esplosioni, e avrebbe potuto provocare la formazione di stelle in piccoli addensamenti e filamenti lungo la galassia centrale, ad un tasso di oltre 600 masse solari all’anno. Per confronto, nella nostra galassia si formano solo un paio di masse solari all’anno. Le proprietà estreme dell’Ammasso della Fenice ci stanno fornendo informazioni preziose per far luce su vari problemi aperti dell’astrofisica, tra cui la formazione di stelle, l’evoluzione di galassie e buchi neri, e l’evoluzione combinata dei buchi neri e dell’ambiente che li circonda.
di Elisa Nichelli (INAF)

Le galassie oscure dell’ammasso di Chioma

L’analisi dell’archivio dei dati astronomici prodotto dalle osservazioni realizzate con il telescopio Subaru ha permesso a un gruppo di ricercatori della Stony Brook University e del National Astronomical Observatory of Japan di rivelare una popolazione di 854 galassie “ultra oscure”, meglio note come Ultra Diffuse Galaxies (UDGs), nell’ammasso della Chioma. Già nel 2014, la scoperta di 47 galassie di questo tipo rappresentò una vera e propria sorpresa ma oggi l’identificazione di quasi un migliaio di galassie oscure suggerisce che gli ammassi di galassie rappresentano la chiave per compendere l’evoluzione di questi oggetti misteriosi. I risultati su Astrophysical Journal. L’ammasso della Chioma, noto anche come Abell 1656, si trova a circa 350 milioni di anni luce dalla Terra nella direzione della costellazione della Chioma di Berenice. È un ammasso molto ricco, contenente circa un migliaio di galassie maggiori, principalmente ellittiche, e migliaia di altre galassie di dimensioni più piccole. Chioma è divenuto famoso negli anni ’30 quando l’astronomo Fritz Zwicky fu il primo ad utilizzare il teorema del viriale per determinare l’esistenza della materia oscura dall’analisi dei moti delle galassie presenti nell’ammasso le cui velocità misurate non potevano essere spiegate solo dalla presenza della materia visibile. Queste galassie “batuffolo” (di cui ne abbiamo già parlato in un recente articolo su Media INAF, Le galassie libellula: grandi, leggere e resistenti) appaiono molto diffuse e decisamente estese, così come viene evidenziato dalla luce emessa dalle stelle che esse contengono. “Non solo questi oggetti appaiono diffusi, ma molto probabilmente sono circondati da qualcosa di molto massiccio”, spiega Jin Koda del Dipartimento di Fisica e Astronomia alla Stony Brook University a autore principale dello studio. La maggior parte hanno dimensioni simili alla Via Lattea ma contengono una quantità di stelle mille volte inferiore. Inoltre, le stelle presenti in questi oggetti estesi sono soggette ad una rapida disgregazione a causa delle intense forze di marea all’interno dell’ammasso. Qualcosa di invisibile deve proteggere i fragili sistemi stellari, qualcosa che abbia una massa elevata: quel “qualcosa” sembra essere correlato proprio ad un eccesso di materia oscura. Si è calcolato che la componente di materia visibile, sostanzialmente composta di stelle, contribuisce solamente all’1% o meno alla massa totale di ogni galassia. Il resto, materia oscura, contribuisce per più del 99%. Grazie al suo grande campo di vista, alla camera a largo campo e alle eccellenti condizioni di osservazione, il telescopio Subaru ha rivelato agli astronomi un dato importante: queste galassie oscure contengono popolazioni stellari vecchie e mostrano una distribuzione spaziale simile a quella delle altre galassie più brillanti presenti nell’ammasso della Chioma, il che suggerisce che si tratta di una popolazione longeva di galassie. In più, la quantità di materia visibile che esse contengono, meno dell’1%, è estremamente più bassa rispetto al valor medio calcolato su scala cosmica. La domanda è: perché queste galassie sono oscure? Secondo i ricercatori, in qualche modo esse avrebbero perso il gas necessario per generare nuove stelle durante o dopo i processi di formazione stellare, in gran parte sconosciuti, miliardi di anni fa. In particolare, l’ambiente stesso in cui si sono evolute queste galassie avrebbe giocato un ruolo fondamentale nel determinare la perdita del gas. Le cause potrebbero essere state dovute ad una serie di meccanismi quali, ad esempio, l’interazione gravitazionale con altre galassie dell’ammasso o l’esplosione simultanea di più stelle innescata dagli scontri galattici. Nonostante queste galassie oscure possano offrire nuovi indizi sulla loro origine ed evoluzione, sarà certamente necessario ottenere nuovi dati per studiarle ancora più in dettaglio nell’ambito del modello standard della formazione galattica. “In futuro, le osservazioni spettroscopiche ci potranno aiutare per studiare con più dettagli la formazione stellare di queste galassie”, dice Koda. Insomma, oltre allo studio delle popolazioni stellari, sarà essenziale esplorare la componente di materia oscura dominante. Sappiamo che la materia oscura è invisibile ma le misure dei moti stellari potranno fornire quegli indizi necessari correlati alla sua presenza e distribuzione spaziale. Tuttavia, al momento queste misure rappresentano solo un sogno perché non sono immediate essendo molto difficili da eseguire. Infatti, è complicato misurare i moti delle stelle persino con il telescopio Subaru. Ad ogni modo, la costruzione del Thirty Meter Telescope (TMT), una collaborazione internazionale alla quale partecipa tra gli altri anche il National Astronomical Observatory of Japan, permetterà di svelare tra qualche anno, almeno così si spera, il mistero di questa particolare classe di galassie.
di Corrado Ruscica (INAF)

 

Protoammassi, i dinosauri del cosmo

Sono grandi, grandissimi, immensi. Più di loro c’è solo l’universo. Eppure, per individuarli con certezza, si è reso necessario lo sforzo congiunto dei due gioielli a infrarossi e microonde dell’Agenzia spaziale europea, i satelliti gemelli Herschel e Planck. Stiamo parlando di ammassi di galassie: le strutture gravitazionalmente legate più estese che si possano osservare nel cosmo. O meglio, dei loro antenati, visto che i 234 esemplari rinvenuti – e identificati – dalla coppia di telescopi spaziali dell’ESA nelle profondità della radiazione submillimetrica risalgono a quando l’universo aveva appena tre miliardi di anni. Creature “preistoriche” che gli astronomi chiamano protoammassi di galassie: l’anello mancante fra quelle chiazze colorate che nelle mappe del fondo cosmico a microonde di Planck rappresentano regioni primordiali ad alta densità e gli attuali ammassi di galassie. Per individuarli e identificarli, dicevamo, si è dovuto far ricorso ai “gemelli” Herschel e Planck. Gemelli eterozigoti, occorre sottolineare: lanciati da mamma ESA lo stesso giorno, a bordo dello stesso vettore, per trascorrere la loro breve esistenza operativa fianco a fianco in L2, il punto lagrangiano secondo, Herschel e Planck sono – o meglio, erano, dato che ora sono entrambi in pensione – al tempo stesso profondamente diversi e perfettamente complementari: teleobiettivo a infrarossi il primo, grandangolo a microonde il secondo, messi insieme diventano lo strumento ideale per i paleontologi del cosmo. E così infatti è stato. La prima mossa è toccata a Planck. Capace proprio per l’ampiezza del suo sguardo d’osservare l’intero cielo a lunghezze d’onda millimetriche e submillimetriche (quelle tipiche dei segnali che ci giungono dall’alba dell’universo), ha stilato la lista dei sospetti: un catalogo di 234 zone primordiali ad alta densità di materia barionica, dunque potenziali antichi ammassi di galassie. Candidati protoammassi, in gergo astrofisico. Quindi si è passati alla seconda fase: l’interrogatorio e la conseguente identificazione, uno a uno, di tutti i sospettati. «Abbiamo dato in pasto a Herschel, quand’ancora era operativo, il catalogo di questi candidati protoammassi così da poterli osservare a più alta risoluzione», spiega uno dei coautori dello studio appena pubblicato su Astronomy & Astrophysics, Mattia Negrello, ricercatore all’INAF di Padova, «e questo ci ha permesso di dimostrare che erano di fatto costituiti da tante galassie individuali. Galassie che, com’è emerso analizzando i dati di Herschel, si trovano a distanze molto simili: la loro luce, in particolare, è stata emessa quando l’universo aveva attorno ai 3 o 4 miliardi di anni». Insomma, oggetti veramente primordiali. Una scoperta destinata ad avere importanti conseguenze sui modelli di formazione galattica, questa realizzata grazie alla coppia di gemelli ESA. Il fatto che le galassie presenti nei protoammassi, dunque nelle primissime fasi della loro formazione, potessero già raggiungere tassi di formazione stellare e quantità di polveri così elevate, e in tempi scala così rapidi, è sorprendente. Ricadute per l’astrofisica, dunque, ma anche per la cosmologia. «Anche solo il semplice numero per unità di volume di questi protoammassi», osserva infatti Negrello, «può essere un indicatore a favore d’un modello cosmologico rispetto a un altro, perché l’abbondanza di questi ammassi dipende anche dalla geometria dell’universo».
di Marco Malaspina (INAF)

Istantanea dello scontro intergalattico

Un gruppo di radioastronomi statunitensi, guidati da Frazer Owen del National Radio Astronomy Observatory (NRAO), hanno ottenuto la migliore immagine radio in “colori veri” di Abell 2256, un’affascinante regione del cosmo da lungo tempo studiata per le sue particolari caratteristiche, dove ammassi di centinaia di galassie si stanno scontrando fra di loro, dando vita a una pirotecnica varietà di fenomeni visibili soltanto alle lunghezze d’onda radio.

Abell 2256, in un immagine radio a "colori veri" realizzata con il VLA. Crediti: Owen et al., NRAO/AUI/NSF

I ricercatori hanno utilizzato le capacità recentemente migliorate del Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), l’osservatorio radio in New Mexico costituito da 27 parabole a configurazione variabile, divenuto famoso anni fa grazie al film Contact. Il VLA possiede ora una maggiore sensibilità e permette una migliore campionatura delle frequenze, restituendo quella che i radioastronomi definiscono un’immagine radio in “colori veri”. Il che significa vedere quella regione di cielo come apparirebbe se i nostri occhi fossero sensibili all’intero spettro delle onde radio anziché alla luce visibile. In questa immagine di Abell 2256, in via di pubblicazione su Astrophysical Journal, il colore rosso corrisponde alle zone dove predominano le onde radio più lunghe, mentre il blu mostra dove è stata rilevata emissione principalmente in onde radio più corte. Abell 2256 si trova a circa 800 milioni di anni luce dalla Terra e si estende per qualcosa come 4 milioni di anni luce; per avere un termine di paragone, l’area dell’immagine è pressappoco grande quanto quella occupata in cielo dalla Luna piena. Bella come un quadro astratto per i profani, agli occhi degli scienziati l’immagine mostra con una chiarezza mai raggiunta prima una serie di oggetti, pennellati dallo scontro di gruppi di galassie, la cui esatta natura rimane in parte misteriosa. “L’immagine rivela dettagli dell’interazione tra due ammassi che si stanno fondendo e suggerisce che durante tale scontro entrino in gioco processi fisici non ancora presi in considerazione”, ha detto Owen. Sono fenomeni a cui gli scienziati hanno dato dei nomignoli come “grande relitto”, “alone”, “coda lunga” e che, in buona sostanza, rappresentano i luoghi e i processi dove delle particelle vengono accelerate, oppure “sedimentano” e perdono energia. «Quello che campeggia come emissione diffusa», spiega Daniele Dallacasa dell’Università di Bologna e associato INAF, «è il relitto, che rappresenta la superficie dell’onda d’urto generata dalla collisione di due ammassi di galassie. La striscia sottile è la coda di una radiogalassia che si muove velocissima, dove i colori misurano l’età radiativa degli elettroni: blu per quelli giovani e rosso per gli anziani. Al di sotto il grande relitto è stata rilevata un’altra regione a emissione diffusa di più bassa brillanza superficiale, detta alone, caratteristica di ammassi in fase di major merging, che non è però visibile in alla frequenza e risoluzione usata per questa immagine». Nella foto Abell 2256, in un immagine radio a “colori veri” realizzata con il VLA. Crediti: Owen et al., NRAO/AUI/NSF
di Stefano Parisini (INAF)

Hubble ci regala un sorriso

I fratelli Murray e Bernard Spain che lo resero celebre utilizzandolo in una campagna pubblicitaria per vendere oggetti da bigiotteria – bottoni, tazze per il caffè, t-shirt, etichette adesive e spillette – di certo non immaginavano che avrebbero creato un fenomeno destinato a sopravvivere ben oltre i ben pur gloriosi anni Ottanta.
Lo smile è l’emoticon per eccellenza della messaggistica istantanea degli anni Dieci in questo nuovo millennio ma l’icona sorridente è anche di più: un ammasso di galassie, dall’impronunciabile sigla SDDSS J1038+4849, fotografato da Hubble Space Telescope.

Complice il fenomeno delle lenti gravitazionali, Hubble Space Telescope ci regala il sorriso dell’ammasso di galassie SDDSS J1038+4849. Crediti: NASA / ESA.

Nella foto: complice il fenomeno delle lenti gravitazionali, Hubble Space Telescope ci regala il sorriso dell’ammasso di galassie SDDSS J1038+4849. Crediti: NASA / ESA.

Due grandi occhi dal colore ambrato, una sorta di bottone bianco al posto del naso e un largo sorriso di luce. Questo si vede chiaramente nell’immagine raccolta dal telescopio spaziale gestito da Nasa e Agenzia Spaziale Europea (ESA). A disegnare lo smile cosmico è un effetto ottico ben noto in astrofisica, una lente gravitazionale (di cui spesso abbiamo scritto su MediaINAF) che in questo caso deforma due galassie molto luminose a formare una scia colorata nel cielo lontano fotografato dall’ottica di Hubble.
Gli ammassi di galassie sono fra le strutture più massicce dell’Universo ed esercitano una potente attrazione gravitazionale capace di deformare lo spazio-tempo e agire come un dispositivo ottico che ingrandisce, distorce e piega la luce dietro di esse. Un fenomeno, quello delle lenti gravitazionali, cruciale per molte delle scoperte fatte dal telescopio spaziale Hubble e che può essere facilmente spiegato con la teoria della relatività generale di Einstein.
E ancora Einstein dà il nome a questo particolare tipo di lente gravitazionale, conosciuto come anello di Einstein e prodotto da una sorgente luminosa in un anello attraverso l’effetto lente gravitazionale sulla luce della sorgente dovuta a un oggetto con una massa estremamente grande (come un’altra galassia o un buco nero). Un fenomeno raro che si verifica quando la sorgente, la lente e l’osservatore sono perfettamente allineati.
Il primo anello di Einstein completo – B1938+666 – venne scoperto nel 1998. Da allora Hubble ha fornito agli astronomi ben più di una volta strumenti nuovi e sorprendenti per sondare l’Universo primordiale.
di Davide Coero Borga (INAF)

Scontri galattici

L’incontro, sorprendente, tra due grandi ammassi di galassie. E’ la sorpresa avuta con una serie di osservazioni realizzate con il satellite europeo XMM-Newton su un insieme di 900 ammassi di galassie. Questi eventi permettono agli scienziati di vedere quasi ‘a prima vista’ cosa succede durante queste collisioni cosmiche e di predire quale sarà l’evoluzione successiva dell’ammasso di galassie risultante. I risultati sono stati pubblicati su Astronomy and Astrophysics. Gli ammassi di galassie rappresentano i mattoni fondamentali più grandi dell’Universo e stanno ancora crescendo grazie principalmente alle interazioni (omerger) con altri ammassi di galassie. Essi sono costituiti da centinaia o migliaia di galassie all’interno dei quali si trova diffuso il gas caldo, che emette raggi-X di alta energia attraverso il quale gli astronomi possono tracciare perfettamente la struttura di queste enormi megalopoli cosmiche. Quando due ammassi di galassie entrano in collisione, gli scienziati vogliono ottenere maggiori indizi sulla fenomenologia di queste interazioni e sulle proprietà delle singole galassie, tra cui la loro massa. Già nel 2008, un evento del genere venne rivelato in un sistema composto da due ammassi di galassie, denominato con la sigla 1E 0657-558, in cui uno dei due ammassi, noto come Bullet Cluster, rappresenta l’esempio più concreto che viene utilizzato dai cosmologi come prova dell’esistenza della materia oscura. «In generale, le osservazioni nella banda X ci permettono di esplorare in dettaglio la struttura degli ammassi di galassie», spiega Hans Böhringer del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics(MPE) e co-autore dello studio. “In circa uno ogni venti o trenta sistemi, troviamo una chiara evidenza che gli ammassi di galassie si trovano in una fase di merging. Nessuna delle precedenti osservazioni ci ha fornito finora un quadro molto più interessante di quello che abbiamo trovato nell’ammasso di galassie RXCJ2359.5-6042, noto anche come Abell 4067“. Le osservazioni sono state realizzate con il telescopio spaziale XMM-Newton dell’ESA dopo aver selezionato 900 ammassi di galassie distanti dalla ROSAT-ESO Flux Limited X-ray Galaxy Cluster Survey (REFLEX II) relativamente al cielo meridionale della ROSAT All-Sky Survey, che fu eseguita negli anni ’90. Solo grazie ad una analisi più recente e approfondita, condotta da Gayoung Chon del MPE, autore principale dello studio, e dal collega Böhringer, è stato possibile arrivare alla conclusione secondo cui RXCJ2359.5-6042, situato ad una distanza di 1,35 miliardi di anni luce, mostra il merger di un ammasso più piccolo e compatto con un sistema più grande e meno denso. Il sistema più piccolo si muove alla velocità di 1310 Km/sec e sta perdendo gran parte del gas. Inoltre, l’analisi dei dati mostra che il nucleo compatto dell’ammasso, che sta penetrando nel sistema più grande, è sopravvissuto finora alla collisione.

RXCJ2359.3-6042

Nella figura si vede l’emissione X più estesa e meno densa dell’ammasso maggiore all’interno del quale si può osservare una sorgente X compatta con una coda che attraversa l’ammasso. Il nucleo brillante sta passando di taglio a destra della regione centrale dell’ammasso maggiore, proprio come un proiettile, senza essere perturbato, mentre gli strati più esterni del nucleo vengono spazzati via. «Ciò che stiamo osservando può essere interpretato come il risultato di quello che rimane di un ammasso più piccolo e più denso che sta precipitando nell’ammasso maggiore», aggiunge Chon. «La sorgente più brillante è chiaramente estesa e il suo spettro X riflette quello di un gas relativamente freddo ad una temperatura di circa 20 milioni di gradi (circa 1,5 KeV), mentre il gas presente nell’ammasso più grande ha una temperatura di circa 40 milioni di gradi (circa 3,5 KeV)». Ora, mentre le immagini mostrano una coda di gas caldo, la parte più significativa della sua massa, cioè quella costituita dalla materia oscura, crea la propria coda lungo un’altra direzione. I ricercatori stimano che la galassia abbia un peso pari a circa 200 trilioni di Terre mentre risulta più complicato ‘pesare’ la materia oscura essendo Abell 4067 meno massivo e l’interazione decisamente più lenta rispetto al Bullet Cluster. Questi eventi permettono agli scienziati di vedere quasi ‘a prima vista’ cosa sta accadendo quando avvengono tali collisioni cosmiche e di capire quale potrà essere l’evoluzione successiva dell’ammasso di galassie. «In questo caso, possiamo osservare il processo di merger molto chiaramente poichè la collisione avviene vicina al piano del cielo, ossia la vediamo quasi di fronte», dice Chon. «Inoltre, possiamo predire l’evoluzione del merger nel corso dei prossimi miliardi di anni. Pensiamo che il gas presente nella coda dell’ammasso più piccolo verrà diffuso nell’ammasso più esteso e il nucleo brillante troverà alla fine la sua strada dirigendosi verso il centro dell’ammasso risultante dall’interazione gravitazionale dei due, formando così un nuovo nucleo centrale di un ammasso ancora più massivo». Chon and Böhringer, che hanno già avuto il “via libera” ad approfondire le osservazioni del “nuovo Bullet Cluster”, continueranno a studiare ancora più in dettaglio l’interazione tra i due ammassi con la speranza di saperne di più sul comportamento delle galassie, in particolare quando esse si trovano sotto stress, e sull’evoluzione più in generale dell’ammasso di galassie risultante dal merger. Dalle prossime osservazioni ci si aspetta, ad esempio, di ottenere nuovi dati sulla quantità di gas che circonda la sorgente più brillante e di raffigurare possibilmente l’onda d’urto della collisione. Infine, ricordiamo che, tra circa 4 miliardi di anni, anche la Via Lattea diventerà una sorta di “proiettile cosmico” quando entrerà in collisione con Andromeda. A quell’epoca, in un futuro molto lontano, potremo dire che queste interazioni galattiche saranno certamente molto più che un fatto di natura puramente accademica.
di Corrado Ruscica (INAF)

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