Scoperta una struttura cosmica da record in un colossale ammasso di galassie

Un astronomo del CfA e il suo team hanno ripreso la più grande nube conosciuta di particelle energetiche che circonda un ammasso di galassie e hanno sollevato nuove domande su ciò che alimenta e rienergizza le particelle nell’Universo nel tempo.

Gli astronomi hanno scoperto la più grande nube conosciuta di particelle energetiche che circonda un ammasso di galassie, che si estende per quasi 20 milioni di anni luce.

La scoperta sfida le teorie di lunga data su come le particelle rimangono energizzate nel tempo.

Invece di essere alimentata dalle galassie vicine, questa vasta regione sembra essere alimentata da gigantesche onde d’urto e turbolenze che si muovono attraverso il gas caldo tra le galassie.

I risultati del nuovo studio, condotto dagli scienziati del Center for Astrophysics | Harvard e Smithsonian (CfA), sono stati presentati in una conferenza stampa al 246° meeting dell’American Astronomical Society (AAS).

Situato a cinque miliardi di anni luce dalla Terra, PLCK G287.0+32.9 è un massiccio ammasso di galassie che ha suscitato l’interesse degli astronomi sin da quando è stato rilevato per la prima volta nel 2011.

Studi precedenti hanno individuato due reliquie luminose: onde d’urto giganti che hanno illuminato i bordi dell’ammasso. Ma hanno perso l’enorme, debole emissione radio che riempie lo spazio tra di loro.

Nuove immagini radio rivelano che l’intero ammasso è avvolto da un debole bagliore radio, quasi 20 volte il diametro della Via Lattea, suggerendo che qualcosa di molto più grande e potente è al lavoro.

“Ci aspettavamo un paio di reliquie luminose ai bordi dell’ammasso, che avrebbero corrisposto alle osservazioni precedenti, ma invece abbiamo trovato l’intero ammasso che brillava in luce radio”, ha detto l’autore principale, il dottor Kamlesh Rajpurohit, astronomo dello Smithsonian presso il CfA.

“Una nube di particelle energetiche così grande non è mai stata osservata in questo ammasso di galassie o in qualsiasi altro”. Il precedente detentore del record, Abell 2255, si estende per circa 16,3 milioni di anni luce.

Nelle profondità della regione centrale dell’ammasso, l’equipe ha rilevato un alone radio di circa 11,4 milioni di anni luce di diametro, il primo delle sue dimensioni visto a 2,4 GHz, una frequenza radio in cui aloni così grandi di solito non sono visibili.

I risultati sollevano interrogativi per il team perché forniscono una forte evidenza della presenza di elettroni dei raggi cosmici e campi magnetici estesi alla periferia degli ammassi.

Tuttavia, non è chiaro come questi elettroni abbiano accelerato su distanze così grandi.

“Gli aloni radio molto estesi sono per lo più visibili solo a frequenze più basse perché gli elettroni che li producono hanno perso energia: sono vecchi e si sono raffreddati nel tempo”, ha detto Rajpurohit.

“Con la scoperta di questo alone di enormi dimensioni stiamo ora assistendo all’emissione radio che si estende tra gli urti giganti e oltre, riempiendo l’intero ammasso. Ciò suggerisce che qualcosa sta accelerando attivamente, o ri-accelerando gli elettroni, ma nessuno dei soliti sospetti si applica. Pensiamo che le onde d’urto giganti o la turbolenza potrebbero essere responsabili, ma abbiamo bisogno di più modelli teorici per trovare una risposta definitiva”.

La scoperta fornisce ai ricercatori un nuovo modo di studiare i campi magnetici cosmici – una delle principali domande senza risposta in astrofisica – che potrebbe aiutare gli scienziati a capire come i campi magnetici modellano l’Universo su scale più grandi.

“Stiamo iniziando a vedere l’Universo in modi che non abbiamo mai potuto fare prima”, ha detto Rajpurohit. “E questo significa ripensare a come l’energia e la materia si muovono attraverso le sue strutture più grandi”.

Le osservazioni con l’osservatorio a raggi X Chandra della NASA, gestito dallo Smithsonian Astrophysical Observatory, rivelano una struttura a forma di scatola, una coda simile a una cometa e diverse altre caratteristiche distinte nel gas caldo dell’ammasso, suggerendo che l’ammasso è altamente disturbato.

Alcune di queste caratteristiche dei raggi X coincidono con strutture radiorilevate, suggerendo urti giganti e turbolenze guidate da fusioni che accelerano o riaccelerano gli elettroni.

Al centro dell’ammasso, alcune di queste caratteristiche possono essere causate da una fusione di due ammassi di galassie più piccoli, o da esplosioni prodotte da un buco nero supermassiccio, o da entrambi.

Immagine:  Raggi X: NASA/CXC/CfA/K. Rajpurohit et al.; Ottico: PanSTARRS; Radio: SARAO/MeerKAT; Elaborazione immagini: NASA/CXC/SAO/N. Wolk

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