Il telescopio spaziale Esa Xmm Newton è riuscito a realizzare le prime mappe che ricostruiscono la distribuzione e il moto delle enormi masse di gas caldissimo che permeano due ammassi di galassie.
Lo studio, condotto da un team del Max Planck Institute, include un ricercatore dell’Inaf e i dati raccolti, sta aiutando gli scienziati a comprendere meglio la turbolenta storia della formazione di questi agglomerati di galassie e la loro evoluzione.
La scoperta è stata resa possibile da una nuova tecnica di calibrazione applicata alla European Photon Imaging Camera (Epic) il principale strumento di Xmm-Newton composto di tre rivelatori a Ccd indipendenti, sviluppata dall’Inaf in collaborazione con altri istituti europei e con il contributo dell’Agenzia Spaziale Italiana e costruita dai Laboratori Elettronici Nucleari (Laben), ora Leonardo. L’innovativo metodo, ha comportato la dettagliata revisione di due decenni di dati raccolti da Epic, migliorando l’accuratezza delle misurazioni delle velocità dello strumento di quasi quattro volte, permettendo a Xmm di compiere un enorme balzo in avanti alla qualità delle osservazioni.
Gli ammassi di galassie sono i più grandi sistemi nell’universo legati insieme dalla gravità. Contengono centinaia o addirittura migliaia di galassie e grandi quantità di gas caldo – o plasma – che raggiunge temperature di circa 50 milioni di gradi e brilla intensamente nei raggi X. Conoscere in dettaglio i movimenti di questo plasma può fornire informazioni preziose sui processi di formazione ed evoluzione degli ammassi.
«Abbiamo selezionato due ammassi di galassie vicini, massicci, luminosi e ben osservati, ovvero quello di Perseo e Chioma e abbiamo mappato, per la prima volta, il movimento del loro plasma: dal suo allontanamento o avvicinamento a noi, alla sua velocità, ma non solo – afferma Jeremy Sanders primo autore dell’articolo – lo abbiamo fatto su vaste regioni di cielo: un’area approssimativamente grande come due Lune piene per l’ammasso di Perseo e quattro per quello di Chioma. Avevamo davvero bisogno di Xmm-Newton per questo, poiché sarebbe estremamente difficile coprire aree così grandi con qualsiasi altro osservatorio spaziale».
I ricercatori hanno trovato tracce evidenti dei movimenti di plasma, che pare spostarsi nello spazio tra le galassie come se si trovasse all’interno di un gigantesco shaker per cocktail, nell’ammasso di Perseo – uno degli oggetti più massicci conosciuti nell’Universo e quello più luminoso del cielo nella banda dei raggi X. Sebbene previsti dalle teorie, questi moti turbolenti non erano mai stati osservati prima nel cosmo.
Le simulazioni suggeriscono che a creare questi moti siano stati degli scontri e fusioni tra sottogruppi di galassie all’interno dell’ammasso stesso. Questi eventi sono abbastanza energici da sovrastare localmente il campo gravitazionale di Perseo e dare il via a un potente scuotimento delle galassie che durerà per molti milioni di anni prima di smorzarsi completamente.
A differenza dell’ammasso di Perseo, caratterizzato da un gruppo di galassie principale e da diverse sottostrutture più piccole, nell’ammasso della Chioma non si ci sono moti del gas dettati dallo scuotimento (o magari dalle perturbazioni delle galassie). Quello della Chioma sembra essere un agglomerato di galassie costituito da due ammassi che si stanno lentamente fondendo insieme.
«La camera Epic ha un segnale di sottofondo strumentale: le cosiddette ‘righe fluorescenti’ che sono sempre presenti nei nostri dati – commenta Ciro Pinto ricercatore presso l’Inaf di Palermo – e a volte possono essere fastidiose poiché di solito non sono ciò che stiamo cercando. Abbiamo deciso di utilizzare queste righe per confrontare e allineare i dati Epic degli ultimi 20 anni per determinare meglio come si comporta lo strumento e per correggere eventuali variazioni o effetti strumentali».
Questa tecnica ha permesso di mappare il gas negli ammassi in modo più accurato. I ricercatori hanno usato le righe di fondo per riconoscere e rimuovere le singole variazioni tra le osservazioni, quindi hanno eliminato tutti gli effetti strumentali più deboli, identificati e contrassegnati in tutto il campione di dati prodotto da Epic in 20 anni di attività.
«L’accuratezza e la versatilità di queste osservazioni con Xmm-Newton non sarà eguagliata fino al 2031 – conclude Pinto – quando il satellite europeo a raggi X Athena (Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics) avrà a bordo un potentissimo micro-calorimetro che combinerà altissima risoluzione spettrale ad un grande campo di vista ed alla maggiore area collettiva di raggi X di sempre. Questo strumento rivoluzionerà la misurazione di moti di plasma caldo in ammassi di galassie con un precisione 10 volte e più superiore a qualsiasi altro satellite attuale o pianificato, necessaria a distinguere diversi modelli di evoluzione di ammassi di galassie».
Simulazione della luminosità superficiale del gas presente nell’ammasso di Perseo nei raggi X (a sinistra), della temperatura del gas (al centro) e della velocità del gas (a destra)