Ammassi di galassie: svelare i misteri delle reliquie radio

Redazione

Novembre 18, 2025 - 05:30

Ammassi di galassie: svelare i misteri delle reliquie radio

Quando gli ammassi di galassie si scontrano, vengono emesse enormi onde d’urto. Questi energizzano gli elettroni, dando origine alle cosiddette “reliquie radio”, vaste strutture che emettono onde radio. Osservando prima come si evolvono questi shock e poi replicando la loro evoluzione in simulazioni al computer ad alta risoluzione, compresa la modellazione end-to-end dell’emissione radio, un team di ricerca guidato dal Leibniz-Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) ha risolto diversi problemi di lunga data che in precedenza mettevano alla prova la nostra comprensione di questi fenomeni.

Gli ammassi di galassie sono le più grandi strutture gravitazionalmente legate nell’Universo, ognuna delle quali contiene centinaia o addirittura migliaia di galassie.

Quando due di questi giganti si scontrano, inviano potenti onde d’urto l’uno attraverso l’altro, rilasciando energia su una scala mai vista dai tempi del Big Bang.

Le onde d’urto spazzano gli elettroni, energizzandoli e provocando l’emissione di onde radio mentre si muovono a spirale attorno alle linee del campo magnetico.

Il risultato è una “reliquia radio”: un vasto arco di emissione radio, che può estendersi per più di 6 milioni di anni luce, o circa 60-70 galassie della Via Lattea allineate da un capo all’altro.

Negli ultimi anni, tuttavia, gli enigmi che circondano le reliquie radio sono stati montati. In primo luogo, quando gli osservatori misurano l’intensità del campo magnetico in una reliquia, scoprono che il valore è inspiegabilmente alto.

Altrettanto curiosamente, la forza dell’onda d’urto sottostante sembra cambiare a seconda che venga osservata utilizzando lunghezze d’onda radio o raggi X.

Infine, e forse la cosa più preoccupante di tutte, i dati a raggi X implicano che molte delle onde d’urto che alimentano le reliquie radio sono in realtà troppo deboli per energizzare correttamente gli elettroni.

Questo mette questi risultati in contraddizione con l’esistenza stessa delle reliquie radio!

I ricercatori dell’AIP, tuttavia, sono finalmente stati in grado di risolvere questi problemi utilizzando un innovativo approccio multiscala.

“La chiave del nostro successo è stata affrontare il problema utilizzando una gamma di scale”, spiega il dottor Joseph Whittingham, ricercatore post-dottorato presso AIP e autore principale dello studio.

“Abbiamo prima tracciato come si formano le onde d’urto nelle simulazioni cosmologiche, prima di replicare ciò che abbiamo visto in una configurazione più idealizzata, con una risoluzione significativamente migliore”.

Nella loro fase finale, gli autori hanno mappato l’evoluzione degli elettroni eccitati e l’emissione radio risultante dai primi principi. Quindi, la loro modellizzazione collega la fisica sulle dimensioni degli ammassi di galassie con processi che avvengono su scale piccole come l’orbita di un elettrone, scale distanti un trilione di volte.

I ricercatori hanno scoperto che quando le onde d’urto raggiungono il bordo di un ammasso di galassie, si scontrano con altri urti prodotti dal gas freddo in caduta.

Questo processo comprime il materiale circostante, formando un denso strato di gas che si muove verso l’esterno, dove si riversa in ulteriori grumi di gas.

«L’intero meccanismo genera turbolenza, torcendo e comprimendo il campo magnetico fino alle intensità osservate, risolvendo così il primo enigma», riferisce il co-autore, il prof. Christoph Pfrommer. Inoltre, quando l’onda d’urto passa attraverso i grumi di gas, una parte del fronte d’urto diventa più forte, aumentando l’emissione radio.

Al contrario, l’emissione di raggi X continua a riflettere la forza d’urto media e complessivamente più debole, spiegando così perché i dati dei due tipi di radiazione in genere non sono d’accordo tra loro, risolvendo così il secondo enigma.

Infine, poiché la stragrande maggioranza di una reliquia radio è formata solo dalle parti più forti del fronte d’urto, i valori medi più bassi dedotti dai dati a raggi X non sono un problema per la teoria dell’energizzazione degli elettroni durante gli urti.

“Questo successo ci motiva a sviluppare il nostro studio per rispondere ai misteri irrisolti che circondano le reliquie radiofoniche”, conclude Joseph Whittingham.

Crediti: AIP/J. Whittingham

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