I ricercatori che utilizzano l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hanno ripreso con successo un "buco" radio attorno a un ammasso di galassie a 4,8 miliardi di anni luce di distanza. Questa è l'immagine con la più alta risoluzione mai scattata di un tale buco causato dall'effetto Sunyaev-Zel'dovich (effetto SZ). L'immagine dimostra l'elevata capacità di ALMA di studiare la distribuzione e la temperatura del gas attorno agli ammassi di galassie attraverso l'effetto SZ.

Un team di ricerca guidato da Tetsu Kitayama, Università di Toho, Giappone, ed Eiichiro Komatsu, Istituto Max Planck di astrofisica, Germania, ha usato ALMA per studiare il gas caldo in un ammasso di galassie. Il gas caldo è un componente chiave per comprendere la natura e l'evoluzione degli ammassi di galassie. Anche se il gas caldo non emette di per sé onde radio, che sarebbe rilevabile con ALMA, il gas disperde le onde radio del Cosmic Microwave Background e crea un "buco" attorno all'ammasso di galassie. Questo è chiamato effetto Sunyaev-Zel'dovich (Nota).

Il team ha osservato l'ammasso di galassie RX J1347.5-1145 situato a 4,8 miliardi di anni luce di distanza. Questo ammasso di galassie è ben noto agli astronomi per il suo forte effetto SZ ed è stato osservato molte volte con i radiotelescopi. Queste osservazioni hanno rivelato una distribuzione non uniforme del gas caldo in questo ammasso di galassie, che non è stato visto nelle osservazioni a raggi X. Gli astronomi avevano quindi bisogno di osservazioni a risoluzione più elevata; questi però, erano difficili da ottenere con interferometri radio ad alta risoluzione poiché il gas caldo negli ammassi di galassie è relativamente liscio e ampiamente distribuito.

ALMA ha utilizzato l'Atacama Compact Array per superare questa difficoltà, che fornisce un campo visivo più ampio con le sue antenne di diametro inferiore e la configurazione dell'antenna compatta. Utilizzando i dati del Morita Array, gli astronomi possono misurare con precisione le onde radio da oggetti che si estendono su un ampio angolo nel cielo. Con ALMA, il team ha così ottenuto un'immagine effetto SZ di RX J1347.5-1145, con una risoluzione doppia e una sensibilità dieci volte migliore rispetto alle osservazioni precedenti. Questa è la prima immagine dell'effetto SZ con ALMA.

"La nuova osservazione di ALMA non solo conferma le precedenti osservazioni, ma fornisce anche un'immagine con la massima risoluzione e la massima sensibilità, che aprirà una nuova era della scienza SZ, " precisa Eiichiro Komatsu. "La mancata corrispondenza tra le osservazioni radio e raggi X ci porta alla conclusione che questo ammasso sta subendo una violenta fusione, e pensiamo che ci sia un grumo di gas che è incredibilmente caldo".

Il Cosmic Microwave Background (CMB) è la radiazione residua del Big Bang e le sue onde radio ci raggiungono da ogni direzione. Quando le onde radio CMB passano attraverso il gas caldo in un ammasso di galassie, le onde radio interagiscono con gli elettroni ad alta energia nel gas caldo e guadagnano energia. Di conseguenza, la radiazione viene spostata dalle onde radio a un'energia superiore. Osservando dalla Terra, il CMB nella gamma di energia originale ha meno intensità vicino all'ammasso di galassie. Questo è chiamato "effetto Sunyaev-Zel'dovich, " proposta per la prima volta da Rashid Sunyaev (attualmente direttore del Max Planck Institute for Astrophysics) e Yakov Zel'dovich nel 1970.