Quel "ponte" sterminato che unisce due galassie. Per la prima volta è stato misurato

Anche la Normale di Pisa ha partecipato allo studio a guida Inaf pubblicato su Science che individua per la prima volta una “scia” di campi magnetici ed elettroni relativistici lungo uno sterminato filamento di gas che connette due ammassi di galassie

Il radiotelescopio Lofar

Il radiotelescopio Lofar

Pisa, 8 giugno 2019 - Campi elettrici e magnetici pervadono – come in una sterminata aurora intergalattica che si estende per 10 milioni di anni luce – il tenue ponte di gas che congiunge due ammassi di galassie. A individuarli per la prima volta, grazie alle misure del radiotelescopio Lofar, è stato un team internazionale di ricercatrici e ricercatori coordinato da Federica Govoni dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) di Cagliari e che ha visto la partecipazione di colleghi dell’Inaf, del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Bologna, della Scuola Normale Superiore di Pisa, e ricercatori appartenenti a diversi istituti europei in Olanda, Germania, Francia, Svizzera, Svezia e Regno Unito.

Nell’universo la materia è distribuita come una “ragnatela cosmica” (in inglese "cosmic web"), costituita da strutture filamentari alla cui intersezione si formano enormi concentrazioni, dette ammassi, di migliaia di galassie. Gli ammassi di galassie possono essere considerati i più grandi oggetti gravitazionalmente legati presenti nell’universo. Le osservazioni finora effettuale con i radiotelescopi mostrano nelle zone centrali di alcuni ammassi un “alone” di emissione radio che conferma l'esistenza di un campo magnetico, probabilmente amplificato da processi di fusione e progressivo inglobamento di strutture più piccole.

Fino a oggi, tuttavia, non era mai stato osservato un campo magnetico nei filamenti che collegano gli ammassi tra di loro. Per quanto immensi, i filamenti di questa ragnatela sono infatti estremamente rarefatti e difficili da osservare: “In questo contesto, la coppia di ammassi Abell 0399 e Abell 0401 è davvero eccezionale” dice Federica Govoni, prima autrice dell’articolo che descrive la scoperta pubblicato sulla rivista Science.

“Già da tempo il nostro gruppo aveva scoperto che entrambi gli ammassi possiedono un alone radio. Più di recente il satellite Planck ha mostrato che i due sistemi sono connessi da un tenue filamento di materia. La presenza di questo filamento ha stimolato la nostra curiosità e ci ha spinti a investigare se il campo magnetico potesse estendersi anche oltre il centro degli ammassi, permeando il filamento di materia che li connette. Con grande soddisfazione l’immagine ottenuta con il radiotelescopio Lofar ha confermato questa nostra intuizione, mostrando quella che può essere definita una sorta di ‘aurora’ su scale cosmiche”. L’emissione di queste onde radio è dovuta al meccanismo di sincrotrone che si origina quando elettroni altamente energetici si muovono all'interno di un campo magnetico.

“Tipicamente osserviamo questo meccanismo di emissione in azione in singole galassie e persino in ammassi di galassie, ma mai fino ad ora era stata osservata una emissione radio connettere due di questi sistemi“, aggiunge Matteo Murgia, primo ricercatore dell’Istituto nazionale di astrofisica. “Comprendere la natura di questa sorgente radio è una vera e propria sfida visto che gli elettroni, durante il loro tempo di vita radiativo, riescono a percorrere un tratto di spazio molto minore dell’estensione dell’intera sorgente. Deve quindi esistere un qualche meccanismo responsabile della loro accelerazione che opera lungo tutto il filamento”.

Si tratta del risultato di una collaborazione che “ha combinato le tecniche osservative radio più avanzate con simulazioni magneto-idrodinamiche allo stato dell’arte” osserva Annalisa Bonafede, professoressa associata dell’Università di Bologna. “Provare l’esistenza di tali campi magnetici e conoscere la loro intensità e struttura è una delle problematiche cruciali per indagare l’origine e l'evoluzione delle strutture su larga scala nell'Universo. Confrontando le osservazioni radio con simulazioni numeriche stimiamo che il campo magnetico nel filamento che connette Abell 0399 e Abell 0401 sia dell’ordine di centinaia di nanoGauss”.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Science nell’articolo A radio ridge connecting two galaxy clusters in a filament of the cosmic web di F. Govoni, E. Orrù, A. Bonafede, M. Iacobelli, R. Paladino, F. Vazza, M. Murgia, V. Vacca, G. Giovannini, L. Feretti, F. Loi, G. Bernardi, C. Ferrari, R. F. Pizzo, C. Gheller, S. Manti, M. Brüggen, G. Brunetti, R. Cassano, F. de Gasperin, T. A. Enßlin, M. Hoeft, C. Horellou, H. Junklewitz, H. J. A. Röttgering, A. M. M. Scaife, T. W. Shimwell, R. J. van Weeren, M. Wise.