Ammasso di galassie: osservata la nascita per la prima volta
This image shows the protocluster around the Spiderweb galaxy (formally known as MRC 1138-262), seen at a time when the Universe was only 3 billion years old. Most of the mass in the protocluster does not reside in the galaxies that can be seen in the centre of the image, but in the gas known as the intracluster medium (ICM). The hot gas in the ICM is shown as an overlaid blue cloud. The hot gas was detected with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), of which ESO is a partner. As light from the cosmic microwave background –– the relic radiation from the Big Bang –– travels through the ICM, it gains energy when it interacts with the electrons in the hot gas. This is known as the Sunyaev-Zeldovich effect. By studying this effect, astronomers can infer how much hot gas resides in the ICM, and show that the Spiderweb protocluster is in the process of becoming a massive cluster held together by its own gravity.
Per la prima volta la nascita di un ammasso di galassie è stata osservata grazie all’utilizzo di strumenti avanzati. Lo studio di questo ammasso, così come di altri simili, è di fondamentale importanza per comprendere l’evoluzione dell’Universo. Permette infatti di approfondire la conoscenza dei processi di formazione delle stelle, della materia intergalattica e dei buchi neri supermassicci. Ma che cos’è un ammasso di galassie e perché il loro studio è importante?
Cosa significa ammasso di galassie?
Un ammasso di galassie è una grande struttura cosmica composta da un insieme di galassie che sono legate gravitazionalmente tra loro. In genere, gli ammassi di galassie sono costituiti da centinaia o addirittura migliaia di galassie, che possono variare in dimensioni e forme. Le galassie interagiscono tra loro, formando una rete di filamenti e vuoti. Gli ammassi di galassie sono oggetti con una massa che può variare da 10^14 a 10^15 masse solari. Sono tra le strutture più grandi dell’Universo conosciuto. Studiare gli ammassi di galassie è importante per comprendere l’evoluzione dell’Universo e la come si distribuisce la materia al suo interno.
Come si forma un ammasso di galassie?
Gli ammassi di galassie sono composti da centinaia o migliaia di galassie, che si trovano in una regione relativamente piccola dello spazio. Queste galassie sono legate gravitazionalmente tra loro, accompagnate da enormi quantità di gas caldo e materia oscura. Esistono diverse teorie sulla formazione degli ammassi di galassie, ma in generale si ritiene che si formino per effetto della gravità e della materia oscura. In particolare, si pensa che la materia oscura attiri gradualmente la materia ordinaria, come le galassie e il gas, finché quest’ultima non si concentra in un’area relativamente piccola dello spazio.
La fusione tra ammassi di galassie più piccoli può contribuire alla formazione di ammassi più grandi. Una volta formato, un ammasso di galassie continua ad evolversi nel corso del tempo. La gravità fa sì che le galassie e la materia oscura si attraggano reciprocamente. Questo genera effetti come la collisione tra galassie e la formazione di getti di materia. Inoltre, la presenza di enormi quantità di gas caldo all’interno degli ammassi di galassie genera forti effetti termici, come l’ emissione di raggi X.
Lo studio degli ammassi di galassie
Studiare gli ammassi di galassie ci permette di comprendere meglio il ruolo della materia oscura nell’Universo. Permette anche di studiare i processi di formazione delle stelle, della materia intergalattica e dei buchi neri supermassicci. Inoltre, gli ammassi di galassie sono importanti perché ci permettono di studiare l’espansione dell’Universo e di misurare la sua velocità. La presenza di enormi quantità di materia all’interno degli ammassi di galassie influisce sulla luce proveniente dalle galassie stesse, generando un effetto di lente gravitazionale. Questo fenomeno fa sì che le immagini di galassie distanti che si trovano dietro l’ammasso di galassie vengano deformate e allungate. In questo modo, danno agli astronomi un’indicazione sulla distribuzione della materia all’interno dell’ammasso e sulla sua massa.
Gli ammassi di galassie possono essere utilizzati come indicatori della struttura a grande scala dell‘Universo. Infatti, la distribuzione degli ammassi di galassie nell’Universo ci permette di studiare le fluttuazioni della materia all’epoca della sua formazione. Negli ultimi anni, grazie alle osservazioni di telescopi sempre più potenti e sofisticati, gli astronomi hanno potuto studiare più a fondo gli ammassi di galassie. In particolare, le osservazioni nelle lunghezze d’onda dei raggi X hanno permesso di studiare il gas caldo presente all’interno degli ammassi di galassie e di misurare la sua temperatura e densità.
Qual è l’ammasso di galassie più vicino a noi?
L’ammasso di galassie più vicino a noi è l’Ammasso della Vergine, che si trova a circa 54 milioni di anni luce di distanza dalla Terra, nella costellazione della Vergine. L’Ammasso della Vergine è un ammasso di galassie molto grande e denso, che contiene oltre 1300 galassie, tra cui molte galassie a spirale come la Via Lattea. Grazie alla sua vicinanza, l’Ammasso della Vergine è stato oggetto di numerosi studi e osservazioni da parte degli astronomi.
A quale ammasso di galassie appartiene la Via Lattea?
La Via Lattea, insieme alla Galassia di Andromeda, rappresenta il nucleo principale del Gruppo Locale, un insieme di galassie che comprende anche la Galassia del Triangolo e circa 80 galassie minori, prevalentemente galassie nane. La presenza della Via Lattea all’interno del Gruppo Locale implica che essa fa parte di una struttura ancora più grande, ovvero l’ammasso di Laniakea, detto anche Superammasso Locale. Gli astronomi hanno scoperto che l’ammasso di Laniakea e altre strutture cosmiche si muovono nello spazio a causa della distribuzione della materia nell’Universo.
La nascita di un ammasso di galassie
Utilizzando il radiotelescopio Alma dello European Southern Observatory (Eso) in Cile, è stata osservata per la prima volta la formazione di un nuovo ammasso di galassie. Questo ammasso è associato alla galassia Spiderweb, il cui aspetto ricorda un ragno cosmico gigante che inghiotte galassie più piccole come se fossero mosche intrappolate in una ragnatela. L’ammasso si trova ad una distanza di 10 miliardi di anni luce ed è stato individuato grazie a uno studio guidato dall’Università di Trieste e dall’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).
Attraverso l’effetto Sunyaev-Zeldovich (SZ), gli scienziati hanno studiato il gas presente nel protoammasso di galassie Spiderweb. Tale effetto si verifica quando la luce del fondo cosmico a microonde, cioè la radiazione generata dal Big Bang, attraversa il gas stesso. L’interazione della luce con gli elettroni in rapido movimento nel gas caldo porta ad una leggera variazione del colore o della lunghezza d’onda. Quando l’effetto SZ si verifica alle frequenze adeguate, l’ammasso di galassie appare come un’ombra sullo sfondo cosmico a microonde. In questo modo, misurando tali ombre, gli astronomi possono dedurre la presenza del gas caldo, stimarne massa e pressione fino a mapparne la struttura. L’Alma è attualmente l’unico telescopio in grado di effettuare misure di questo tipo grazie alla sua elevata risoluzione e sensibilità.
I risultati dello studio
Il team di ricerca ha individuato un enorme serbatoio di gas caldo e ne ha calcolato la massa. Il gas caldo presente nei protoammassi distruggerà gran parte di quello freddo durante l’evoluzione del sistema, rappresentando una delicata transizione che è stata osservata dagli esperti. L’analisi dei dati raccolti da diversi strumenti di osservazione combinata con le simulazioni numeriche ottenute attraverso il calcolo ad alte prestazioni, ha permesso di aprire nuove vie alla comprensione della formazione delle strutture cosmiche. Le simulazioni cosmologiche avevano previsto la presenza di gas caldo nei protoammassi da oltre un decennio, ma la conferma osservativa è arrivata solo ora. Grazie a questa ricerca, si è dimostrato come l’uso di sofisticati metodi di analisi dei dati raccolti dai telescopi più avanzati e di simulazioni numeriche possa portare a importanti scoperte nell’ambito della cosmologia.
Credits immagine di copertina: Eso/Di Mascolo et al.; Hst: H. Ford