Astronomia: il potente radiotelescopio MeerKAT svela i segreti degli ammassi di galassie

Un team di 40 scienziati sudafricani e di vari Paesi nel mondo, tra cui alcuni dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, ha analizzato una grande quantità di dati raccolta con le antenne MeerKAT scoprendo numerose nuove sorgenti radio in diversi ammassi di galassie

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Un team internazionale di 40 ricercatori guidato da Kenda Knowles, una giovane ricercatrice sudafricana dell’Università di KwaZulu-Natal, ha utilizzato il potente radiotelescopio sudafricano MeerKAT, gestito dal South African Radio Astronomy Observatory (SARAO), per produrre immagini molto accurate dell’emissione radio proveniente da 115 ammassi di galassie. L’enorme mole di dati raccolta, nell’ambito della MeerKAT Galaxy Cluster Legacy Survey (MGCLS), viene presentata in un articolo che sarà pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics. Alla survey partecipano ben 19 istituti di ricerca in tutto il mondo, compreso l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).

Le 1000 ore di osservazioni impiegate per l’indagine risalgono al 2019, l’anno successivo all’inaugurazione del radiotelescopio, a cui sono seguiti più di due anni di lavoro per convertire i dati grezzi in immagini radio e per eseguire le analisi scientifiche, che toccano i temi della formazione stellare nelle galassie, i processi fisici delle interazioni dei getti relativistici, lo studio dell’idrogeno – il combustibile delle stelle – in una varietà di ambienti,  l’emissione non termica diffusa in ammassi di galassie e ancora molto altro.

MeerKAT galassie
Grazie alla MeerKAT Galaxy Cluster Legacy Survey, i ricercatori hanno rilevato diversi nuovi sistemi che ospitano deboli sorgenti radio su larga scala. Qui vediamo le prove radio di una potente fusione in atto tra due o più gruppi massicci di gas e galassie. Questa immagine di MeerKAT si estende per circa 10 milioni di anni luce ed è cosparsa di emissioni radio puntiformi provenienti da galassie simili alla Via Lattea ancora più distanti. Crediti: K. Knowles et al./Astronomy & Astrophysics/SARAO

Tiziana Venturi, direttrice dell’Istituto di Radioastronomia dell’INAF di Bologna, coautrice dello studio nonché responsabile italiana del progetto Radio Sky 2020, spiega: “L’elevata sensibilità delle nuove osservazioni effettuate con MeerKAT, precursore del radiotelescopio SKA, ha permesso di ottenere immagini di emissioni radio in ammassi di galassie di qualità stupefacente e ha portato alla scoperta di molti nuovi oggetti in questo ambito. Il nostro lavoro presenta immagini radio di qualità eccezionale, apprezzabili anche da un occhio inesperto, e sono solo un assaggio di quello che vedremo tra una decina di anni quando finalmente le antenne dell’Osservatorio SKA (SKAO) saranno operative”.

Gli ammassi di galassie sono ambienti complessi che ospitano migliaia di oggetti, campi magnetici e vaste regioni di gas che si estendono per milioni di anni luce, elettroni, protoni estremamente caldi e materia oscura. Gli elettroni “relativistici”, che viaggiano a velocità prossime a quella della luce e ruotano a spirale attorno ai campi magnetici, producono l’emissione nelle onde radio che MeerKAT riesce a vedere: le antenne sudafricane, soprattutto in combinazione con informazioni dai telescopi ottici e infrarossi e a raggi X, sono eccezionalmente adatte per studiare l’interazione tra le componenti che determinano l’evoluzione degli ammassi di galassie, le più grandi strutture dell’Universo tenute insieme dalla gravità. L’emissione di onde radio proveniente dagli elettroni relativistici può rivelare gli effetti drammatici provocati dagli scontri tra ammassi o dai getti di materiale che fuoriesce da buchi neri supermassicci al centro delle galassie.

MeerKAT galassie
Due radiogalassie giganti (più di un milione di anni luce da un capo all’altro) al centro di un grande gruppo di galassie nell’ammasso Abell 194. Con questa immagine, i ricercatori hanno rilevato la presenza di filamenti magnetici relativamente stretti nella regione, nonché complesse interazioni tra l’emissione radio delle due galassie. I dati radio di MeerKAT sono evidenziati in arancione, i dati ottici delle altre galassie galassie sono mostrati in bianco. Crediti: K. Knowles et al./Astronomy & Astrophysics/SARAO/SDSS

Venturi sottolinea: “La survey è stata pensata per testare le prestazioni osservative di MeerKAT sulle grandi e medie scale angolari di emissione radio presenti in ammassi di galassie. Siamo partiti da una selezione di ammassi basata su cataloghi preesistenti nella banda radio e nella banda X. Lo scopo è quello di scoprire nuove sorgenti di tipo alone, relitto e nuove proprietà delle radiogalassie estese”.

Il resoconto della survey MGCLS appena accettato per la pubblicazione presenta decine di nuovi oggetti di questo tipo scoperti. Tante di queste sorgenti rimangono un mistero, e saranno oggetto di studi approfonditi per comprenderne l’origine. Numerosi studi aggiuntivi, che approfondiscono alcune delle scoperte iniziali, sono già in corso da parte dei membri del team MGCLS. L’orizzonte scientifico della scienza risultante dalla survey MGCLS dovrebbe ampliarsi nei prossimi anni, poiché i dati sono accessibili agli astronomi di tutto il mondo.