"Fotografato" il gigantesco bagliore radio attorno a un ammasso di galassie

Immagine composita dell'ammasso di galassie Abell 2255. In blu i dati a raggi X rilevati dal satellite  ROSAT; in arancione e viola i dati radio di LOFAR. Il bagliore viola è l'emissione radio che circonda l'intero ammasso di galassie. L'immagine mostra uno spazio di circa 18 milioni di anni luce (Immagine: ROSAT/LOFAR/SDSS/Botteon et al.; immagine composita: Frits Sweijen)

Sfruttando la potenza del radiotelescopio europeo Low Frequency Array (LOFAR), la più estesa rete al mondo attualmente operativa per osservazioni radioastronomiche a bassa frequenza, un team europeo di astronomi in Italia, Olanda e Germania ha osservato l’enorme emissione di onde radio diffusa intorno all’ammasso di galassie Abell 2255.

Per 18 notti, le sensibili antenne LOFAR hanno "ascoltato" un'area di cielo delle dimensioni apparenti di quattro lune piene, distante circa un miliardo di anni luce dalla Terra (in direzione della costellazione del Dragone). È la prima volta che gli astronomi studiano un ammasso di galassie con osservazioni così profonde. Gli astrofisici, coordinati da Andrea Botteon, dell'Osservatorio di Leida, nei Paesi Bassi, recentemente trasferito al Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi" dell'Università di Bologna, e associato presso l'INAF di Bologna, hanno pubblicato oggi i dati delle loro osservazioni sulla rivista Science Advances.

Oggetti molto interessanti per gli astrofisici, gli ammassi di galassie si trovano nelle regioni più dense dell'Universo e contengono da centinaia a migliaia di galassie. Il volume tra le galassie è permeato da un gas estremamente rarefatto di particelle ad alta energia mescolate a campi magnetici. La loro origine è ancora avvolta da molti interrogativi: da dove vengono le particelle più energetiche in questo gas? E come interagiscono con i campi magnetici degli ammassi?

"Abbiamo scoperto che Abell 2255 è avvolto da un debole bagliore di emissione radio che incorpora migliaia di galassie presenti nell'ammasso e si estende su grandi scale come mai fino ad ora osservato, ovvero almeno 16 milioni di anni luce", afferma Botteon, ricercatore dell'Alma Mater e autore principale dello studio. "Questa emissione è generata da particelle ad alta energia che si muovono a velocità prossime a quella della luce in deboli campi magnetici – un milione di volte più deboli del campo terrestre – che riempiono l'intero volume dell'ammasso, anche nelle sue regioni più periferiche".

Il ricercatore spiega, che "è la prima volta che abbiamo informazioni dettagliate sulla distribuzione e le proprietà di questi componenti su così vaste estensioni e che possiamo studiare i processi fisici che si verificano a grandi distanze dal centro dell'ammasso, nelle regioni più rarefatte dell'Universo. Riteniamo che l'origine dell'emissione radio in Abell 2255 sia legata all'enorme energia rilasciata durante il processo di formazione dell'ammasso".

Le immagini ottenute dal gruppo di ricerca sono 25 volte più nitide e hanno un rumore 60 volte inferiore rispetto ai dati ottenuti in passato con altri strumenti. Nel corso degli ultimi due anni, il team ha dovuto sviluppare nuove e avanzate tecniche di analisi per elaborare il grande volume di dati.

"La sfida dell'analisi delle osservazioni di Abell 2255 - aggiunge Botteon - sta nel fatto che è la prima volta che osserviamo un oggetto esteso così a lungo (le osservazioni LOFAR tipicamente durano 8 ore). Questo richiede da un lato di correggere le distorsioni introdotte dalla ionosfera terrestre distribuite in un'area di cielo molto grande e dall'altro di ricostruire l'emissione diffusa e debole dell'ammasso con molta attenzione. Dato che le nostre osservazioni si spingono fino a frequenza molto bassa (50 MHz), dove le distorsioni della ionosfera si manifestano in maniera più evidente, le tecniche che abbiamo sviluppato hanno dovuto risolvere questi problemi in condizioni particolarmente complesse. Queste tecniche però hanno dato i loro frutti: l'immagine di Abell 2255 che abbiamo ottenuto a 50 MHz è l'immagine più profonda mai realizzata finora a questa frequenza".

Gianfranco Brunetti, dell’INAF di Bologna, aggiunge: "Teoricamente credevamo che le regioni nelle periferie degli ammassi di galassie fossero molto attive e che la turbolenza e gli shock generati in questi ambienti potessero accelerare le particelle ad altissima energia e amplificare i campi magnetici locali. Grazie alle nostre osservazioni, ora siamo in grado di studiare questi processi in territori inesplorati". Da alcuni anni, Brunetti guida a livello internazionale le ricerche LOFAR nell’ambito degli ammassi di galassie ed è coordinatore nazionale della collaborazione LOFAR.

Svelare le proprietà di regioni inesplorate delle strutture su larga scala del nostro Universo è l’obiettivo dei prossimi anni per gli astronomi che operano in questo campo. Per tale motivo, i ricercatori utilizzeranno LOFAR 2.0 e il futuro radiotelescopio SKA (così come altri strumenti) per andare oltre gli ammassi stessi, tracciando la rete di filamenti che collega gli ammassi di galassie nell'Universo: la famosa ragnatela cosmica.