L’ammasso di galassie di Perseo (uno degli oggetti celesti più massicci dell’universo), osservato nei raggi X dalla camera Epic del telescopio spaziale dell’ESA Xmm-Newton. Le frecce sovrapposte indicano la direzione e l’intensità dei moti del gas presente nell’ammasso. Il colore rosso indica le zone in cui il gas si sta allontanando da noi, il celeste che si sta avvicinando. La lunghezza delle frecce è tanto maggiore quanto maggiore è la velocità con cui si sta spostando il gas in quella zona. Crediti: Esa/Xmm-Newton/J. Sanders et al. 2019
Grazie alle osservazioni del telescopio spaziale Xmm-Newton dell’Agenzia spaziale europea, un team di ricercatori guidato da Jeremy Sanders del Max Planck Institute per la fisica extraterrestre, in Germania, e a cui ha partecipato anche Ciro Pinto, ora in forza all’Istituto nazionale di astrofisica, 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. I dati raccolti stanno aiutando gli scienziati a comprendere meglio la turbolenta storia della formazione di questi agglomerati di galassie e la loro evoluzione.
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. E proprio 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 Sanders primo autore dell’articolo che descrive lo studio, pubblicato oggi online sul sito web della rivista Astronomy & Astrophyiscs. «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 osservati prima nel cosmo.
Simulazione della luminosità superficiale del gas presente nell’ammasso di Perseo nei raggi X (in alto), della temperatura del gas (al centro) e della velocità del gas (in basso). Crediti: gentile concessione di J. Zuhone, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
E ancora proprio come i cubetti di ghiaccio in un cocktail, 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 scoperta è stata resa possibile da una nuova tecnica di calibrazione applicata alla European Photon Imaging Camera (Epic), il principale strumento di Xmm-Newton, composta di tre rivelatori a Ccd indipendenti e sviluppata dall’Inaf in collaborazione con altri istituti europei e con il contributo dell’Agenzia spaziale italiana. L’ingegnoso metodo, che ha comportato la dettagliata revisione di due decenni di dati raccolti da Epic, ha migliorato l’accuratezza delle misurazioni delle velocità dello strumento di quasi quattro volte, permettendo di compiere un enorme balzo in avanti alla qualità delle osservazioni di Xmm-Newton.
«La camera Epic ha un segnale di sottofondo strumentale: le cosiddette “righe fluorescenti”, che sono sempre presenti nei nostri dati e a volte possono essere fastidiose, poiché di solito non sono ciò che stiamo cercando», spiega Pinto, ricercatore fino allo scorso novembre alla sede Esa di Noordwijk, nei Paesi Bassi, e attualmente all’Inaf Iasf di Palermo. «Abbiamo deciso di utilizzare queste righe, che sono una presenza costante, per confrontare e allineare i dati Epic degli ultimi 20 anni per determinare meglio come si comporta lo strumento, e quindi le abbiamo usate 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.
«Nell’archivio del satellite Xmm-Newton vi è una moltitudine di osservazioni di ammassi di galassie che, se trattati con questa nuova tecnica, possono fornire un grosso campione statistico per lo studio dei moti (sloshing) di gas caldo. Inoltre nuove osservazioni sono state approvate e copriranno zone cruciali di ammassi di galassie vicini e luminosi», aggiunge Pinto. «L’accuratezza e la versatilità di queste osservazioni con Xmm-Newton non sarà eguagliata fino al 2031, quando il satellite europeo a raggi X Athena avrà a bordo un potentissimo micro-calorimetro che combinerà altissima risoluzione spettrale a un grande campo di vista e 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 dieci volte e più superiore a qualsiasi altro satellite attuale o pianificato, necessaria a distinguere diversi modelli di evoluzione di ammassi di galassie», conclude il ricercatore.
Per saperne di più:
- Leggi su Astronomy & Astrophyiscs l’articolo “Measuring bulk flows of the intracluster medium in the Perseus and Coma galaxy clusters using XMM-Newton”, di J. S. Sanders, K. Dennerl, H. R. Russell, D. Eckert, C. Pinto, A. C. Fabian, S. A. Walker, T. Tamura, J. ZuHone e F. Hofmann