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Gli astronomi assistono alla nascita di un ammasso di galassie, studio guidato UniTs – Video

Pubblicato su Nature uno studio guidato dall'Università degli Studi di Trieste assieme a INAF basato su dati dal telescopio ALMA di ESO


VIDEO – RICOSTRUZIONE NASCITA AMMASSO DI GALASSIE:


Trieste, 31 marzo 2023 – Un team di astronomi guidato dal ricercatore Luca Di Mascolo dell'Università degli Studi di Trieste ha osservato per la prima volta le fasi iniziali di di un ammasso di galassie.
Gli ammassi di galassie sono le strutture cosmiche gravitazionalmente legate più grandi dell'Universo e, come suggerisce il nome, contengono fino a diverse migliaia di galassie, oltre che materia oscura e un alone diffuso di gas caldo, il cosiddetto “Intracluster medium” (ICM). Si tratta di un gas che di fatto ha una massa che supera notevolmente quella delle galassie stesse e ne permea lo spazio tra l'una e l'altra.
Lo studio, pubblicato su Nature, ha investigato il protoammasso associato alla galassia Spiderweb, così chiamata perché ricorda un gigantesco ragno cosmico intento a divorare galassie piu' piccole come mosche catturate in una ragnatela.

Spiderweb e' destinato a diventare una delle piu' grandi strutture dell'Universo ed è posto a una che corrisponde a quando l'Universo stesso era 10 miliardi di anni più giovane di adesso. In particolare l'analisi di Luca Di Mascolo ha rivelato, per la prima volta, la grande quantità di gas caldo dell'ICM nella fase “gestazionale” degli oggetti più grandi del cosmo a così grandi distanze.
Lo studio ha osservato il gas nel protoammasso di galassie Spiderweb attraverso il cosiddetto effetto Sunyaev-Zeldovich (SZ) termico. Questo effetto si verifica quando la luce del fondo cosmico a microonde (la radiazione fossile prodotta dal Big Bang) attraversa il gas stesso. Quando questa luce interagisce con gli elettroni in rapido movimento nel gas caldo, il suo colore, o lunghezza d'onda, cambia leggermente. “Alle giuste frequenze, l'effetto SZ da un ammasso di galassie appare come un'ombra sul fondo cosmico a microonde”, spiega Di Mascolo.

Misurando queste ombre gli astronomi possono quindi dedurre l'esistenza del gas caldo, stimarne la massa e la pressione e mapparne la struttura. “Grazie alla sua impareggiabile risoluzione e sensibilità, ALMA è l'unico telescopio attualmente in grado di eseguire una misura di questo tipo “, spiega ancora Di Mascolo.
Sull'altopiano di Chajnantor nelle Ande cilene l'ESO (European Southern Observatory, di cui l'Italia è uno stato membro), in collaborazione con i suoi partner internazionali, gestisce ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), un telescopio modernissimo per studiare l'Universo alle lunghezze d'onda millimetriche. Esso è composto da 66 antenne di alta precisione, disseminate a distanze che raggiungono i 16 chilometri e consente la raccolta di dati fondamentali per scoprire i meccanismi che regolano il cosmo.

“Questo studio, uno dei principali ottenuti dal progetto ERC a cui stiamo lavorando, ci permette di capire l'ambiente in cui il protoammasso si sta formando. In un certo senso stiamo osservando il nido della Spiderweb galaxy”, spiega Alex Saro, il ricercatore che ha ideato, proposto e gestito le osservazioni del protoammasso Spiderweb eseguite da ALMA.
Tony Mroczkowski, coautore del lavoro e ricercatore dell'ESO, spiega che “Il fenomeno osservato presenta enormi contrasti. Il gas caldo distruggerà gran parte di quello freddo durante l'evoluzione del sistema: stiamo assistendo a una delicata transizione. Questo studio fornisce una conferma osservativa delle previsioni teoriche di lunga data sulla formazione degli oggetti legati gravitazionalmente più grandi dell'Universo”.

“Lo studio pubblicato su Nature dimostra come combinando sofisticati metodi di analisi dei dati ricavati dai telescopi più avanzati e le simulazioni ottenute con il calcolo ad alte prestazioni si possano aprire nuove vie alla comprensione della formazione delle strutture cosmiche”, afferma Stefano Borgani che, assieme ad Alex Saro (entrambi Università di Trieste e INAF) ed Elena Rasia (INAF-Trieste), ha svolto le simulazioni numeriche all'interno dello studio.
“Le simulazioni cosmologiche hanno previsto la presenza di gas caldo nei protoammassi da oltre un decennio, ma mancavano finora le conferme osservative”, spiega Elena Rasia.
Il team italiano ha coinvolto anche ricercatori che da anni lavorano allo studio dei proto ammassi utilizzando una varietà di tecniche osservative, dalla banda radio (Maurilio Pannella – Università di Trieste e INAF), a quella ottica (Laura Pentericci di INAF-Roma; Mario Nonino di INAF-Trieste), ai raggi X (Paolo Tozzi di INAF-Firenze).

L'articolo “Forming intracluster gas in a galaxy protocluster at a redshift of 2.16” di Luca di Mascolo et al. è pubblicato nell'ultimo numero della rivista Nature (doi: 10.1038/s41586-023-05761-x)

Effetto Sunyaev-Zeldovich nel protoammasso Spiderweb
L'immagine mostra il protoammasso attorno alla galassia Spiderweb (formalmente nota come MRC 1138-262), visto in un momento in cui l'Universo aveva solo 3 miliardi di anni. La maggior parte della massa del protoammasso non risiede nelle galassie visibili al centro dell'immagine, ma nel gas noto come mezzo intracluster (ICM). Il gas caldo nell'ICM è mostrato come una nuvola blu sovrapposta. 
Il gas caldo è stato rilevato con l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), di cui ESO è partner. Quando la luce del fondo cosmico a microonde - la radiazione relitta del Big Bang - attraversa l'ICM guadagna energia quando interagisce con gli elettroni del gas caldo. Questo fenomeno è noto come effetto Sunyaev-Zeldovich. Studiando questo effetto, gli astronomi possono dedurre la quantità di gas caldo presente nell'ICM e dimostrare che il protoammasso Spiderweb è in procinto di diventare un ammasso massiccio tenuto insieme dalla sua stessa gravità.
Credit:
ESO/Di Mascolo et al.; HST: H. Ford

Effetto Sunyaev-Zeldovich nel protoammasso Spiderweb
L'immagine mostra il protoammasso attorno alla galassia Spiderweb (formalmente nota come MRC 1138-262), visto in un momento in cui l'Universo aveva solo 3 miliardi di anni. La maggior parte della massa del protoammasso non risiede nelle galassie visibili al centro dell'immagine, ma nel gas noto come mezzo intracluster (ICM). Il gas caldo nell'ICM è mostrato come una nuvola blu sovrapposta.
Il gas caldo è stato rilevato con l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), di cui ESO è partner. Quando la luce del fondo cosmico a microonde – la radiazione relitta del Big Bang – attraversa l'ICM guadagna energia quando interagisce con gli elettroni del gas caldo. Questo fenomeno è noto come effetto Sunyaev-Zeldovich. Studiando questo effetto, gli astronomi possono dedurre la quantità di gas caldo presente nell'ICM e dimostrare che il protoammasso Spiderweb è in procinto di diventare un ammasso massiccio tenuto insieme dalla sua stessa gravità.
Credit:
ESO/Di Mascolo et al.; HST: H. Ford

Il protoammasso Spiderweb 
Questa immagine mostra il protoammasso attorno alla galassia Spiderweb (formalmente nota come MRC 1138-262). La luce che vediamo nell'immagine mostra le galassie in un momento in cui l'Universo aveva solo 3 miliardi di anni. La maggior parte della massa nel protocluster non risiede nelle galassie, ma nel gas noto come mezzo intracluster. A causa della massa nel gas, il protoammasso sta per diventare un enorme ammasso tenuto insieme dalla sua stessa gravità.
Credit:
ESO/H. Ford

Il protoammasso Spiderweb
Questa immagine mostra il protoammasso attorno alla galassia Spiderweb (formalmente nota come MRC 1138-262). La luce che vediamo nell'immagine mostra le galassie in un momento in cui l'Universo aveva solo 3 miliardi di anni. La maggior parte della massa nel protocluster non risiede nelle galassie, ma nel gas noto come mezzo intracluster. A causa della massa nel gas, il protoammasso sta per diventare un enorme ammasso tenuto insieme dalla sua stessa gravità.
Credit:
ESO/H. Ford

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