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Tracce radio di uno scontro nel superammasso di Shapley

Un gruppo di ricercatrici e ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) ha coordinato uno studio internazionale multifrequenza e multibanda del Superammasso di Shapley, nel quale si sta assistendo alla formazione di grandi strutture all’epoca cosmologica presente. I radioastronomi hanno scoperto un’emissione radio che fa da “ponte” tra un ammasso di galassie e un gruppo di galassie, quest’ultimo in recente collisione nell’ammasso come un gigantesco proiettile che ne ha innescato l’emissione. I risultati delle osservazioni, effettuate con il radiotelescopio Askap, il radiotelescopio sudafricano MeerKat e il radiotelescopio indiano Giant Metrewave Radio Telescope (Gmrt), vengono illustrati in un articolo in via di pubblicazione sulla rivista Astronomy & Astrophysics. Lo studio è stato completato con i dati nella banda della luce visibile raccolti con il Vlt Survey Telescope (Vst) dell’Eso e quelli nei raggi X con il telescopio spaziale Xmm-Newton dell’Esa.

Tiziana Venturi, direttrice dell’Istituto di Radioastronomia dell’Inaf di Bologna, prima autrice dell’articolo e responsabile italiana del progetto Radio Sky 2020, spiega: «Questa emissione è eccezionale in quanto ci permette finalmente di studiare le regioni tra ammassi di galassie, che sono meno dense ma ambienti ideali per cercare le tracce di interazione tra tali strutture. Nello studio riportiamo inoltre la scoperta di un altro paio di oggetti – una radiogalassia di tipo head-tail molto peculiare e una galassia a spirale ram-pressure stripped, la cui origine è fatta risalire allo stesso fenomeno di scontro che ha generato l’emissione sulla scala del megaparsec». L’emissione, che si estende sulla scala dei milioni di anni luce, rilevata alle frequenze del GHz, prende la forma di un arco e di un filamento, è estremamente debole e assai difficile da rilevare.

I superammassi di galassie sono gli oggetti più grandi dell’Universo. In particolare, quello scoperto da Harlow Shapley, tra gli anni ‘20 e ‘40, è il superammasso più grande e massivo nell’Universo vicino che si estende su di una vasta area del cielo dell’emisfero sud, a 600 milioni di anni luce dalla Via Lattea in direzione della costellazione del Centauro. In questa regione si possono osservare gigantesche collisioni tra ammassi e gruppi di galassie, rendendo questo superammasso unico per lo studio dell’evoluzione delle cosiddette “grandi strutture”.

Questa regione è al centro dell’interesse dei radioastronomi dagli anni Novanta, ma prima dell’avvento di Askap e MeerKat (i due radiotelescopi precursori del progetto Ska, rispettivamente gestiti da Csiro, l’Agenzia scientifica nazionale australiana, e dal South African Radio Astronomy Observatory (Sarao) è stato impossibile affrontare questo studio, per mancanza di radiotelescopi abbastanza potenti. Venturi aggiunge: «Finalmente Asakp e MeerKat hanno permesso di accedervi con la risoluzione e sensibilità adeguate allo studio che da sempre avevamo in mente. La sinergia tra i dati radio, di altissima qualità, e altri dati X e ottici appartenenti al team ha permesso uno studio molto dettagliato».

I dati radio descritti nell’articolo rappresentano lo stato dell’arte di precursori del progetto Ska (in cui l’Italia gioca un ruolo preminente) e forniscono solo un primo assaggio della ricchezza di informazioni e scoperte che arriveranno con i radiotelescopi Ska (la cui costruzione partirà nel 2022 in Australia Occidentale e in Sudafrica), nonché della complessità dell’analisi dei dati che dovranno affrontare i radioastronomi nel prossimo futuro. Le antenne SKA rivoluzioneranno molti campi dell’astrofisica, incluso lo studio dei superammassi di galassie.

«Il nostro studio – sottolinea Tiziana Venturi – si origina dalla curiosità di evidenziare gli effetti osservativi dei cosiddetti fenomeni di minor merger, ovvero scontri tra un ammasso (che contiene 1000 galassie) ed un gruppo di galassie (che contiene 50/100 galassie). L’energia coinvolta in questi fenomeni è più bassa rispetto ai fratelli maggiori (i cosiddetti major mergers, scontri tra due ammassi simili) e fino ad ora non era chiaro se relazioni di scala tra le varie grandezze osservative potessero valere anche per questi fenomeni, meno eclatanti ma assai più diffusi nell’Universo. I nostri risultati, oltre a confermare l’esistenza dell’emissione radio che avevamo ipotizzato, dimostrano come anche questi fenomeni possano influire sia sulle galassie singole che su intere strutture di ammassi e gruppi di galassie lasciando tracce rilevabili a tutte le scale».

E conclude: «Le osservazioni confermano inoltre le nostre aspettative circa l’importanza dei precursori di Ska sulla comprensione della popolazione debole delle radiosorgenti in ammasso, sia associate a galassie individuali che associate al mezzo di intracluster ed inter-cluster».

I risultati di questo studio arrivano nell’ambito di Radio Sky 2020, un progetto estremamente rilevante di cooperazione bilaterale scientifica e tecnologica tra Italia e Sudafrica finanziato dal Ministero degli Affari Esteri e della cooperazione internazionale e dalla National Research Foundation, che ha tra gli obiettivi principali lo sfruttamento del potenziale scientifico di MeerKat.

L’articolo Radio footprints of a minor merger in the Shapley Supercluster:  from supercluster to galaxy scalesdi T. Venturi et al. è stato accettato per la pubblicazione sulla rivista Astronomy & Astrophysics.

In alto: immagine composita della regione centrale della Shapley Concentration. Nello sfondo l’emissione ottica delle galassie vista da Eso-Vst in banda r; l’emissione del gas caldo che permea tutta la regione è rappresentato in blu ed è stato rivelato da Xmm-Newton; l’emissione radio, rilevata da MeerKat, è rappresentata in rosso. L’intera immagine copre un’area di cielo di circa 3×1.5 Mpc (o 10×5 milioni di anni luce). Crediti: G. Di Gennaro

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