Scontri galattici

L’incontro, sorprendente, tra due grandi ammassi di galassie. E’ la sorpresa avuta con una serie di osservazioni realizzate con il satellite europeo XMM-Newton su un insieme di 900 ammassi di galassie. Questi eventi permettono agli scienziati di vedere quasi ‘a prima vista’ cosa succede durante queste collisioni cosmiche e di predire quale sarà l’evoluzione successiva dell’ammasso di galassie risultante. I risultati sono stati pubblicati su Astronomy and Astrophysics.

Gli ammassi di galassie rappresentano i mattoni fondamentali più grandi dell’Universo e stanno ancora crescendo grazie principalmente alle interazioni (o merger) con altri ammassi di galassie. Essi sono costituiti da centinaia o migliaia di galassie all’interno dei quali si trova diffuso il gas caldo, che emette raggi-X di alta energia attraverso il quale gli astronomi possono tracciare perfettamente la struttura di queste enormi megalopoli cosmiche.

Quando due ammassi di galassie entrano in collisione, gli scienziati vogliono ottenere maggiori indizi sulla fenomenologia di queste interazioni e sulle proprietà delle singole galassie, tra cui la loro massa. Già nel 2008, un evento del genere venne rivelato in un sistema composto da due ammassi di galassie, denominato con la sigla 1E 0657-558, in cui uno dei due ammassi, noto come Bullet Cluster, rappresenta l’esempio più concreto che viene utilizzato dai cosmologi come prova dell’esistenza della materia oscura.

«In generale, le osservazioni nella banda X ci permettono di esplorare in dettaglio la struttura degli ammassi di galassie», spiega Hans Böhringer del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) e co-autore dello studio. “In circa uno ogni venti o trenta sistemi, troviamo una chiara evidenza che gli ammassi di galassie si trovano in una fase di merging. Nessuna delle precedenti osservazioni ci ha fornito finora un quadro molto più interessante di quello che abbiamo trovato nell’ammasso di galassie RXCJ2359.5-6042, noto anche come Abell 4067“.

Le osservazioni sono state realizzate con il telescopio spaziale XMM-Newton dell’ESA dopo aver selezionato 900 ammassi di galassie distanti dalla ROSAT-ESO Flux Limited X-ray Galaxy Cluster Survey (REFLEX II) relativamente al cielo meridionale della ROSAT All-Sky Survey, che fu eseguita negli anni ’90. Solo grazie ad una analisi più recente e approfondita, condotta da Gayoung Chon del MPE, autore principale dello studio, e dal collega Böhringer, è stato possibile arrivare alla conclusione secondo cui RXCJ2359.5-6042, situato ad una distanza di 1,35 miliardi di anni luce, mostra il merger di un ammasso più piccolo e compatto con un sistema più grande e meno denso. Il sistema più piccolo si muove alla velocità di 1310 Km/sec e sta perdendo gran parte del gas. Inoltre, l’analisi dei dati mostra che il nucleo compatto dell’ammasso, che sta penetrando nel sistema più grande, è sopravvissuto finora alla collisione.

Nella figura si vede l’emissione X più estesa e meno densa dell’ammasso maggiore all’interno del quale si può osservare una sorgente X compatta con una coda che attraversa l’ammasso. Il nucleo brillante sta passando di taglio a destra della regione centrale dell’ammasso maggiore, proprio come un proiettile, senza essere perturbato, mentre gli strati più esterni del nucleo vengono spazzati via. «Ciò che stiamo osservando può essere interpretato come il risultato di quello che rimane di un ammasso più piccolo e più denso che sta precipitando nell’ammasso maggiore», aggiunge Chon. «La sorgente più brillante è chiaramente estesa e il suo spettro X riflette quello di un gas relativamente freddo ad una temperatura di circa 20 milioni di gradi (circa 1,5 KeV), mentre il gas presente nell’ammasso più grande ha una temperatura di circa 40 milioni di gradi (circa 3,5 KeV)». Ora, mentre le immagini mostrano una coda di gas caldo, la parte più significativa della sua massa, cioè quella costituita dalla materia oscura, crea la propria coda lungo un’altra direzione. I ricercatori stimano che la galassia abbia un peso pari a circa 200 trilioni di Terre mentre risulta più complicato ‘pesare’ la materia oscura essendo Abell 4067 meno massivo e l’interazione decisamente più lenta rispetto al Bullet Cluster.

Questi eventi permettono agli scienziati di vedere quasi ‘a prima vista’ cosa sta accadendo quando avvengono tali collisioni cosmiche e di capire quale potrà essere l’evoluzione successiva dell’ammasso di galassie. «In questo caso, possiamo osservare il processo di merger molto chiaramente poichè la collisione avviene vicina al piano del cielo, ossia la vediamo quasi di fronte», dice Chon. «Inoltre, possiamo predire l’evoluzione del merger nel corso dei prossimi miliardi di anni. Pensiamo che il gas presente nella coda dell’ammasso più piccolo verrà diffuso nell’ammasso più esteso e il nucleo brillante troverà alla fine la sua strada dirigendosi verso il centro dell’ammasso risultante dall’interazione gravitazionale dei due, formando così un nuovo nucleo centrale di un ammasso ancora più massivo».

Chon and Böhringer, che hanno già avuto il “via libera” ad approfondire le osservazioni del “nuovo Bullet Cluster”, continueranno a studiare ancora più in dettaglio l’interazione tra i due ammassi con la speranza di saperne di più sul comportamento delle galassie, in particolare quando esse si trovano sotto stress, e sull’evoluzione più in generale dell’ammasso di galassie risultante dal merger. Dalle prossime osservazioni ci si aspetta, ad esempio, di ottenere nuovi dati sulla quantità di gas che circonda la sorgente più brillante e di raffigurare possibilmente l’onda d’urto della collisione.

Infine, ricordiamo che, tra circa 4 miliardi di anni, anche la Via Lattea diventerà una sorta di “proiettile cosmico” quando entrerà in collisione con Andromeda. A quell’epoca, in un futuro molto lontano, potremo dire che queste interazioni galattiche saranno certamente molto più che un fatto di natura puramente accademica.

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Astronomy & Astrophysics: G. Chon, H. Boehringer – Witnessing a merging bullet being stripped in the galaxy cluster RXCJ2359-6042

arXiv: Witnessing a merging bullet being stripped in the galaxy cluster RXCJ2359.3-6042