Gli ammassi di galassie si trovano a circa 3 miliardi di anni luce di distanza, in un gruppo chiamato Abell 1758. È solo la seconda volta che viene individuato qualcosa del genere

Una rara fusione tra ammassi di galassie ha svelato uno spettacolo ancora più raro. Gli astronomi hanno trovato un vasto “ponte” radio a bassa frequenza tra i due ammassi che copre una distanza di 6,5 milioni di anni luce. Questa è la prova di un campo magnetico che li collega nella fase iniziale del processo di fusione. È solo la seconda volta che un ponte radio di questo tipo viene scoperto tra ammassi di galassie in fusione. Questo fornisce alcuni importanti indizi su come si formano questi ponti.

Gli ammassi di galassie si trovano a circa 3 miliardi di anni luce di distanza, in un gruppo chiamato Abell 1758. In tutto, quattro ammassi sono coinvolti: due enormi coppie di ammassi che si uniscono. L’anno scorso, i dati a raggi X hanno rivelato che la coppia strettamente legata nel segmento nord, chiamata Abell 1758N, si è già spostata insieme e separata, i nuclei dei cluster si sono incrociati circa 300-400 milioni di anni fa. Alla fine torneranno indietro per tornare insieme. La coppia di ammassi nel sud, Abell 1758S, si sta avvicinando, invece, per la prima volta. Entrambe queste coppie hanno un “alone radio”, che si pensa sia generato dall’accelerazione degli elettroni in un evento di fusione.

Abell 1758N
Abell 1758N. Credit: ESA/Hubble, NASA

Scenari simili

Questo scenario è molto simile agli ammassi di galassie Abell 0399 e Abell 0401, che l’anno scorso sono diventati i primi ammassi di galassie che nel loro processo di fusione hanno rivelato un ponte radio a bassa frequenza che li collega. Utilizzando il radiotelescopio a bassa frequenza LOFAR, costituito da 25.000 antenne in 51 posizioni, gli astronomi hanno rilevato una distinta emissione radio a 140 megahertz. Ora un team di astrofisici guidato da Andrea Botteon dell’Osservatorio di Leiden nei Paesi Bassi usato LOFAR per Abell 1758. A 144 megahertz, hanno scoperto l’emissione radio che si estende tra A1758N e A1758S, proprio come il ponte radio tra Abell 0399 e Abell 0401.

LOFAR
Osservazioni in diverse frequenze. Credit: Botteon et al., MNRAS, 2020

Confermiamo“, hanno scritto nel loro articolo , “la presenza di un gigantesco ponte di emissione radio che collega i due sistemi che è stato segnalato solo provvisoriamente nel nostro lavoro precedente. Questo è il secondo ponte radio su larga scala osservato fino ad oggi in un ammasso-coppia. Il ponte è chiaramente visibile nell’immagine LOFAR a 144 MHz e provvisoriamente rilevato a 53 MHz“.

LOFAR è un grande radiotelescopio europeo situato soprattutto nei Paesi Bassi, completato nel 2012 e gestito da ASTRON. Credit: LOFAR / ASTRON 

Un vasto campo magnetico

Questa emissione è interpretata come prova di un vasto campo magnetico che collega i due ammassi. Se questo campo magnetico agisce come un sincrotrone (acceleratore di particelle), gli elettroni dovrebbero essere accelerati lungo di esso a velocità relativistiche, producendo radiazione di sincrotrone rilevabile come un bagliore radio a bassa frequenza. Ma c’è un’altra possibile spiegazione: l’accelerazione di Fermi, in cui gli elettroni che interagiscono con la turbolenza e le onde d’urto astrofisiche vengono accelerati, aumentando l’emissione elettromagnetica.

Nella regione densa tra due ammassi pre-fusione, tali turbolenze e onde d’urto potrebbero essere generate nelle prime fasi di una fusione. E i risultati del team suggeriscono che questo potrebbe essere particolarmente vero se gli ammassi fossero già stati disturbati gravitazionalmente in qualche modo, ad esempio se ogni ammasso fosse una coppia di ammassi interagenti più piccoli a sé stante.

Tour tra ammassi galattici

Prove a sostegno dello scenario

Botteon e il suo team portano due argomenti a sostegno di questo scenario. In primo luogo, una coppia di ammassi (di massa inferiore) che si fondono, solo uno dei quali aveva un alone radio, non ha mostrato alcuna prova di un ponte radio nelle osservazioni LOFAR, secondo un articolo dello scorso anno. In secondo luogo, il team ha anche esaminato le osservazioni di Abell 1758 effettuate utilizzando il telescopio a raggi X Chandra. Hanno scoperto che l’emissione di raggi X era strettamente correlata con l’emissione radio a 144 megahertz, coerente con le previsioni dello scenario di accelerazione di Fermi. Nella fusione di Abell 0399 e Abell 0401, i ricercatori hanno scoperto che l’accelerazione di sincrotrone non poteva da sola spiegare le grandi distanze coperte dagli elettroni. Hanno eseguito simulazioni e hanno scoperto che le onde d’urto generate dalla fusione hanno riaccelerato gli elettroni ad alta velocità: il risultato è un’emissione coerente con le osservazioni LOFAR.

Osservazione di Chandra (a sinistra) e LOFAR (a destra)
Osservazione di Chandra (a sinistra) e LOFAR (a destra). Credit: Botteon et al., MNRAS, 2020

Quindi sembra probabile che ci siano più tipi di accelerazione in gioco: che un campo magnetico può estendersi per milioni di anni luce nello spazio tra gli ammassi di galassie, ma le onde d’urto e la turbolenza aggiungono quel “qualcosa di speciale” che completa il ponte.

Altri ponti radio

Finora sono stati rilevati solo due giganteschi ponti radio intra-ammassi“, hanno scritto Botteon e i suoi colleghi . “Queste sono tra le strutture più giganti osservate finora nell’Universo e la loro origine è probabilmente correlata alla turbolenza (e agli shock) generati nel mezzo intra-cluster durante la fase iniziale della fusione, che potenziano sia la radio che X -emissione di raggi tra gli ammassi. “

Ci sono parecchi ammassi di galassie in fusione che sono stati identificati nell’Universo. Cercare altri di questi misteriosi ponti radio potrebbe aiutare a capire cosa genera queste enormi strutture.

Riferimenti:

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