Per decenni, gli astronomi sono rimasti sconcertati dall’esistenza di deboli e gigantesche strutture nello spazio conosciute come “reliquie radio”. Questi archi spettrali, che si estendono per milioni di anni luce attraverso ammassi di galassie, sono i resti di violente collisioni tra questi colossi cosmici. Ora, nuove simulazioni ad alta risoluzione dell’Istituto Leibniz di Astrofisica Potsdam (AIP) in Germania sembrano finalmente decifrare il codice dietro il loro comportamento peculiare.
Il mistero delle reliquie radiofoniche
Le reliquie radio si formano quando le onde d’urto provenienti dagli ammassi di galassie in collisione accelerano gli elettroni a velocità vicine alla luce, emettendo onde radio diffuse. Queste strutture sono comuni, ma le osservazioni hanno rivelato incoerenze che sfidano i modelli teorici esistenti: campi magnetici più forti del previsto, intensità di shock variabili misurate nella luce radio rispetto a quella dei raggi X e persino shock che sembravano troppo deboli per accelerare gli elettroni.
Perché è importante: Le collisioni di ammassi di galassie sono tra gli eventi più energetici dell’universo e modellano l’evoluzione delle galassie al loro interno. Comprendere come si formano le reliquie rivela i processi fondamentali in atto quando le strutture si scontrano su scala cosmologica.
Una svolta nella simulazione multiscala
La svolta del team AIP è arrivata dall’utilizzo di simulazioni su più scale. Per prima cosa hanno modellato le collisioni degli ammassi di galassie nel corso di miliardi di anni, poi si sono concentrati sulla fisica delle singole onde d’urto che interagiscono con la periferia turbolenta di questi ammassi. Questo approccio ha permesso loro di riprodurre le caratteristiche delle reliquie osservate con una precisione senza precedenti.
Risultati chiave: campi magnetici amplificati
Le simulazioni mostrano che i campi magnetici nelle reliquie non sono solo rafforzati dall’onda d’urto iniziale, ma sono ulteriormente amplificati quando lo shock si scontra con altri shock creati dalla caduta del gas della rete cosmica. Questa collisione comprime il plasma in strati densi, generando turbolenze che distorcono e comprimono i campi magnetici ben oltre ciò che un singolo shock potrebbe ottenere.
Discrepanze risolte: misurazioni radio e a raggi X
Il team ha anche spiegato perché le misurazioni radio e raggi X della forza d’urto differiscono. Le simulazioni hanno rivelato che gli shock si propagano attraverso densi accumuli di gas, creando regioni localizzate di intensa accelerazione. Queste macchie compatte dominano il segnale radio, mentre i telescopi a raggi X misurano la forza media dello shock, comprese le regioni più deboli, tenendo conto delle discrepanze.
Il ruolo della turbolenza
Le simulazioni mostrano anche che le onde d’urto non si limitano ad accelerare gli elettroni in modo uniforme. La turbolenza gioca un ruolo cruciale, torcendo e comprimendo i campi magnetici alle forze osservate. Questa turbolenza è creata dalle onde d’urto che si scontrano tra loro, creando un vortice cosmico.
“L’intero meccanismo genera turbolenza, torcendo e comprimendo il campo magnetico fino all’intensità osservata, risolvendo così il primo enigma”, ha detto Christoph Pfrommer dell’AIP.
Il futuro della ricerca sulle reliquie
Il successo del team AIP apre nuove strade per lo studio di queste strutture enigmatiche. Combinando simulazioni cosmologiche su larga scala con modelli di tubi d’urto ad alta risoluzione, hanno superato un grosso ostacolo nella comprensione della fisica delle collisioni di ammassi di galassie. La ricerca futura probabilmente si baserà su questo lavoro per svelare i misteri rimanenti che circondano le reliquie radio, fornendo informazioni più approfondite sugli eventi più grandi ed energetici dell’universo.
Le simulazioni confermano che le parti più forti e localizzate del fronte d’urto producono la maggior parte delle emissioni radio. Dopo tutto, le basse intensità medie desunte dai raggi X non rappresentano una minaccia per la fisica sottostante.
