Ammassi di galassie oltre le frontiere

Ammassi di galassie oltre le frontiere

Gli ammassi di galassie sono enormi collezioni di centinaia o addirittura migliaia di galassie e vaste riserve di gas caldo incorporato in enormi nubi di materia oscura, materia invisibile che non emette o assorbe radiazione elettromagnetica, ma può essere rilevata attraverso gli effetti gravitazionali che esercita sulla materia circostante.
Questi giganti cosmici non sono soltanto rilevanti per le loro dimensioni, ma rappresentano anche un modo per comprendere come il nostro intero Universo si sia evoluto in passato e come potrà evolversi in futuro.

Per ottenere ulteriori informazioni sugli ammassi di galassie, tra cui come si sviluppano attraverso le collisioni, gli astronomi hanno utilizzato alcuni dei telescopi più potenti del mondo, osservando i diversi tipi di luce emessa.
Si sono in particolare concentrati su una mezza dozzina di ammassi di galassie. Il nome di questo progetto è “Frontier Fields”. Due di questi ammassi di galassie, MACS J0416.1-2403 (MACS J0416 in breve) e MACS J0717.5 3745 (MACS J0717 in breve) sono visibili in queste immagini a più lunghezze d’onda. Localizzato a circa 4,3 miliardi di anni luce dalla Terra, MACS J0416 è una coppia di ammassi di galassie in fase di collisione che alla fine si riuniranno per formare un ammasso ancora più grande. MACS J0717, uno dei più complessi ammassi di galassie conosciuti, è luogo di collisione tra quattro ammassi galattici minori. Si trova a circa 5,4 miliardi di anni luce di distanza dalla Terra.
Queste nuove immagini di MACS J0416 e J0717 MACS comprendono dati provenienti da tre diversi telescopi: l’osservatorio a raggi X Chandra della NASA (in blu), il telescopio spaziale Hubble (in rosso, verde, e blu), e il Jansky Very Large Array (in rosa). Dove l’emissione a raggi X e l’emissione radio si sovrappongono l’immagine appare di colore viola. Gli astronomi hanno inoltre utilizzato i dati del Giant Metrewave Radio Telescope in India per studiare le proprieta dell’ammasso MACS J0416.

I dati di Chandra mostrano il gas a temperature di milioni di gradi presente negli ammassi.
I dati ottici evidenziano le galassie presenti negli ammassi e altre galassie più distanti, che si trovano dietro gli ammassi. Alcune di queste galassie risultano fortemente distorte a causa dell’effetto lente gravitazionale. Questo effetto può consentire agli astronomi di studiare le galassie di fondo che altrimenti sarebbero troppo deboli da rilevare. Infine, i dati radio tracciano enormi onde d’urto e turbolenze, generate dalle fusioni degli ammassi.

Una questione da discutere per gli astronomi a riguardo di MACS J0416 è stata cercare di comprendere se stiamo assistendo in questo ammasso ad una collisione che sta per accadere o ad una che ha già avuto luogo.  Fino a poco tempo fa, gli scienziati non sono stati in grado di scegliere una di queste due ipotesi. Oggi invece, i nuovi dati combinati grazie all’utilizzo di questi vari telescopi possono fornire nuove risposte. Nell’ammasso MACS J0416 la materia oscura (rilevabile tramite l’effetto gravitazionale sulla materia circostante) e il gas caldo (rilevato da Chandra) si allineano bene insieme.
Questo suggerisce che gli ammassi siano stati immortalati prima della collisione. Se infatti gli ammassi fossero stati osservati dopo una eventuale collisione, la materia oscura e il gas caldo sarebbero separati l’una dall’altro.
In alto a sinistra l’ammasso contiene un nucleo compatto di gas caldo e mostra anche l’evidenza di una cavità nel gas. La presenza di queste strutture suggerisce che una grande collisione non sia avvenuta recentemente, altrimenti queste formazioni probabilmente non sarebbero state presenti. Infine, la mancanza di strutture nitide nell’immagine radio fornisce ulteriori prove che non sia ancora avvenuta una collisione. In basso a destra, gli osservatori hanno notato un cambiamento di forma nella densità sul bordo meridionale dell’ammasso stesso. Questo cambiamento nella densità è molto probabilmente causato da una collisione tra questo ammasso e un oggetto meno massiccio.
Nelle immagini fornite dal Jansky Very Large Array di questo ammasso, sono state osservate sette lenti gravitazionali, tutte fonti puntiformi o poco più grandi. Due di queste fonti possono essere individuate nell’immagine di Chandra. Tutte le sorgenti radio amplificate sono galassie situate ad una distanza tra 7,8 e 10,4 miliardi di anni luce dalla Terra. La luminosità delle galassie a lunghezze d’onda radio mostra che esse presentano formazione stellare a tassi elevati. Senza l’effetto di amplificazione dato dall’effetto lente gravitazionale alcune di queste sorgenti radio sarebbero troppo deboli per poter essere rilevate con tipiche osservazioni radio.

I grandi archi di emissione radio in MACS J0717 sono molto diversi da quelli in MACS J0416 a causa di onde d’urto derivanti dalle molteplici collisioni che si verificano nel primo oggetto. Infatti in MACS J0717 sono presenti quattro ammassi che collidono violentemente.
Georgiana Ogrean, che ha condotto la ricerca su MACS J0717 all’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, si trova attualmente presso la Stanford University. La ricerca relativa all’ammasso MACS J0717 è stata condotta da Reinout van Weeren dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, ed entrambe le ricerche sono state pubblicate su Astrophysical Journal.
Credit X-ray: NASA/CXC/SAO/G.Ogrean et al.; Optical: NASA/STScI; Radio: NRAO/AUI/NSF