eRosita incontra l’ammasso gigante Abell 3391/95

L’ammasso di galassie Abell 3391/95. Crediti: Reiprich et al.

È il grande momento della missione del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (Mpe) eRosita (extended Roentgen Survey with an Imaging Telescope Array), tornata sotto ai riflettori grazie a uno speciale di ben 35 articoli pubblicati oggi sulla rivista Astronomy & Astrophysics. Il consorzio tedesco, a cui partecipa anche l’Isitituto nazionale di astrofisica (Inaf), ha rilasciato una notevole quantità di dati della fase di “calibrazione e verifica di qualità”, risalente all’autunno del 2019 (la missione è stata lanciata a giugno dello stesso anno). Tra gli articoli pubblicati, molti vedono la partecipazione dell’Inaf. Veronica Biffi, ricercatrice presso l’Inaf di Trieste, ha guidato uno degli articoli dedicati agli ammassi di galassie.

Uno fra i primi risultati ottenuti da eRosita è stata la scoperta di un filamento di gas cosmico estremamente lungo che collega gli ammassi di galassie nel sistema doppio Abell 3391/95. Nell’articolo pubblicato nello speciale, i ricercatori della Università Ludwig Maximilian di Monaco e dell’Inaf di Trieste spiegano di aver trovato un sistema di ammassi di galassie simile: sorprendentemente, sia le osservazioni che le simulazioni mostrano segni che tale ammasso di galassie sta accelerando lungo tali filamenti di gas per fondersi con Abell 3391/95. All’interno della collaborazione eRosita, Biffi si occupa di studi teorici basati su simulazioni numeriche e osservazioni “mock” in banda X. L’abbiamo intervistata.

Dopo aver scandagliato il cielo ai raggi X, cosa avete scoperto sull’ammasso di galassie Abell 3391/95?

«Personalmente mi occupo di predizioni teoriche da simulazioni cosmologiche e idrodinamiche al computer. Ho collaborato con queste predizioni all’interpretazione dei dati sul sistema multiplo di ammassi di galassie A3391/95. Di fatti si tratta di una coppia di ammassi di galassie abbastanza vicini nel cielo (separati da circa 50 arcominuti, ovvero 3 Mpc, e per l’esattezza A3395 è esso stesso un ammasso doppio, in cui due ammassi si stanno fondendo). Nel lavoro pubblicato lo scorso dicembre, guidato da T. H. Reiprich di Bonn, le osservazioni di eRosita della regione di cielo intorno a A3391/95 avevano mostrato per la prima volta un lungo filamento cosmico gassoso che si estende da nord a sud per circa 4 gradi (15 Mpc nel cielo), comprendendo entrambi gli ammassi A3391 e A3395 ed estendendosi oltre, a nord di A3391 verso l’ammasso “Northern Clump” (Mcxc J0621.7-5242) e a sud di A3395 verso un altro ammasso di galassie. Questo risultato ha confermato quanto predetto dalla teoria della formazione di strutture cosmiche.

Nella ricerca abbiamo studiato nel dettaglio la formazione ed evoluzione di una coppia di ammassi di galassie molto simile ad A3391/95. Abbiamo selezionato questo sistema tra qualche decina di candidati potenziali, estratti dalle simulazioni cosmologiche Magneticum Pathfinder, proprio sulla base delle somiglianze col sistema vero. Nelle simulazioni abbiamo potuto studiare l’origine del sistema nel tempo, ovvero come i due ammassi della coppia si siano formati e da dove viene il gas diffuso, dentro e fuori dagli ammassi. Infatti, una delle domande più importanti è capire se si possono usare coppie di ammassi come questa per cercare la materia barionica “mancante”, quella in forma di gas poco denso e non molto caldo che è così difficile da osservare. La teoria ci dice che dovrebbe risiedere nei filamenti cosmici e le osservazioni in banda X “soft”, come quelle con eRosita, la cercano soprattutto vicino agli ammassi di galassie e in mezzo agli ammassi che fanno parte di coppie come A3391/95. Infatti, nel modello di struttura su grande scala si pensa che la materia sia distribuita come in una ragnatela di filamenti che si connettono a dei nodi dove si formano ammassi di galassie e intervallati da grandi spazi vuoti. Le osservazioni di A3391/95 hanno identificato dell’emissione in banda X “soft” proveniente da gas nel filamento “ponte” tra i due ammassi, ma vari lavori giungono a conclusioni diverse sulla natura di questo gas, per esempio che possa essere gas strappato ai due ammassi a causa della loro interazione piuttosto che gas cosmico come quello in un filamento».

Le vostre simulazioni hanno confermato le predizioni teoriche alla base dello studio?

«Con le nostre simulazioni abbiamo trovato che il gas nella coppia di ammassi simulata è davvero quello che si troverebbe nei filamenti, infatti ha proprietà termiche e chimiche simili. Inoltre nelle simulazioni possiamo anche esplorare direttamente da dove viene, ovvero dove si trovava nel passato. E questo ci ha confermato che non è stato strappato ai due ammassi, ma che proviene da direzioni molto diverse rispetto a quelle del gas intra-cluster. Sembra proprio si tratti di un filamento cosmico che unisce i due ammassi della coppia La struttura su grande scala, che si forma collassando su nodi centrali, come per esempio quello dove troviamo la coppia, fa sì che gli altri ammassi e gruppi di galassie connesse alla coppia da filamenti si muovano nella loro direzione, infine collassando nella stessa regione. Questo per esempio è stato approfondito in un altro articolo tra quelli dello speciale di Astronomy & Astrophysics, condotto da Angie Veronica: combinando le osservazioni di eRosita con quelle di Xmm-Newton e Chandra, e in banda radio, si sono scoperte indicazioni del suo probabile moto lungo il filamento cosmico di gas verso A3391, con cui probabilmente finirà per fondersi. Anche questo è coerente con quanto troviamo nelle simulazioni Magneticum, dove alcuni gruppi mostrano caratteristiche simili e si stanno in effetti muovendo a tutta velocità verso la coppia di ammassi. Uno di questi gruppi è già entrato nell’atmosfera di uno dei due ammassi principali, e circa 3 miliardi di anni fa mostrava una distanza e caratteristiche simili a quelle del vero Northern Clump rispetto a A3391/95. In sostanza, con A3391/95 eRosita ci ha permesso di scattare un’istantanea della formazione della struttura su grande scala dell’universo, consistente con le predizioni teoriche».

Veronica Biffi, ricercatrice presso l’Inaf di Trieste

Dopo i risultati pubblicati in questo articolo, quali saranno gli sviluppi della vostra survey con eRosita?

«Con i dati ottenuti su A3391/95 da eRosita, continueremo ad approfondire altri aspetti di questo interessante sistema, per studiare nel dettaglio il gas nel filamento-ponte osservato ed eventualmente atri filamenti meno brillanti di quello nord-sud, sempre connessi ai due ammassi. La survey, poi, ci permetterà di osservare tantissimi ammassi, trovando molti più candidati di sistemi multipli di ammassi, coppie ma anche agglomerati più numerosi, dove cercare i filamenti cosmici. Il numero enorme di ammassi che eRosita sarà in grado di scoprire, dell’ordine di centomila, ci permetterà anche di raffinare la conoscenza del modello cosmologico del nostro universo, in cui gli ammassi sono le più grandi e recenti strutture a formarsi».

Quali sono i vantaggi di eRosita rispetto ad altre missioni simili e del passato?

«eRosita è uno strumento dedicato alle osservazioni del cielo in banda X “soft”, e ha l’obbiettivo di scansionare l’intero cielo per 8 volte tra dicembre 2019 e dicembre 2023. Da un certo punto di vista è l’erede di Rosat, un’altra missione tedesca (sempre del Max Planck Institute of extraterrestrial Physics) che negli anni ’90 realizzò la prima survey in banda X “soft”. I grandi vantaggi di eRosita sono dati dalla sua grande sensibilità in banda X “soft”, paragonabile a quella di Xmm-Newton, combinata con un grande campo di vista, circa un grado di diametro. Questo fa sì che si possano ottenere immagini di porzioni più ampie del cielo in molto meno tempo rispetto ad altri strumenti come Xmm-Newton e Chandra. Con le sue caratteristiche, in particolare, ci permetterà di trovare tantissimi ammassi che sono poco brillanti, ma in un tempo contenuto».

Vi aspettavate la questa quantità di dati e i risultati ottenuti?

«C’erano delle aspettative e sicuramente i risultati ottenuti le hanno soddisfatte in pieno e anzi superate. Il lavoro sui dati performance verification di eRosita che sono stati resi pubblici è stato intenso e massivo, e per questo la collaborazione è riuscita a ottenere così tanti risultati. Gli aspetti interessanti anzi sono moltissimi, e ci sono quindi anche molti altri lavori in via di sviluppo, oltre a quelli che sono stati pubblicati sullo speciale».