La reliquia alla periferia dell'ammasso di galassie CIZA J2242+53, denominata "Salsiccia" per via della sua forma, si trova ad una distanza di circa due miliardi di anni luce da noi. Le curve di livello mostrano l'intensità dell'emissione radio alla lunghezza d'onda di 3 cm, osservato con il radiotelescopio Effelsberg di 100 m. I colori rappresentano la distribuzione dell'intensità radio polarizzata linearmente alla lunghezza d'onda scelta, in unità di Milli-Jansky per raggio del telescopio. I trattini corti indicano l'orientamento del campo magnetico. La sorgente luminosa in basso è una radiogalassia che appartiene allo stesso ammasso di galassie. Credito:© M. Kierdorf et al., A&A 600, A18
Gli astronomi di Bonn e Tautenburg in Turingia (Germania) hanno utilizzato il radiotelescopio di 100 m a Effelsberg per osservare diversi ammassi di galassie. Ai margini di questi grandi accumuli di materia oscura, sistemi stellari (galassie), gas caldo, e particelle cariche, hanno trovato campi magnetici eccezionalmente ordinati su distanze di molti milioni di anni luce. Questo li rende i campi magnetici più estesi dell'universo finora conosciuti.
I risultati saranno pubblicati il 22 marzo sulla rivista Astronomia e astrofisica .
Gli ammassi di galassie sono le più grandi strutture legate alla gravità nell'universo. Con un'estensione tipica di circa 10 milioni di anni luce, cioè 100 volte il diametro della Via Lattea, ospitano un gran numero di tali sistemi stellari, insieme a gas caldo, campi magnetici, particelle cariche, incastonato in grandi aloni di materia oscura, la cui composizione non è nota. La collisione di ammassi di galassie porta ad una compressione d'urto del gas caldo dell'ammasso e dei campi magnetici. Le caratteristiche simili ad arco risultanti sono chiamate "reliquie" e si distinguono per la loro emissione radio e raggi X. Dalla loro scoperta nel 1970 con un radiotelescopio vicino a Cambridge/Regno Unito, finora sono state trovate reliquie in circa 70 ammassi di galassie, ma è probabile che ne esistano molti altri. Sono messaggeri di enormi flussi di gas che modellano continuamente la struttura dell'universo.
Le onde radio sono eccellenti traccianti di reliquie. La compressione dei campi magnetici ordina le linee di campo, che influenza anche le onde radio emesse. Più precisamente, l'emissione diventa linearmente polarizzata. Questo effetto è stato rilevato in quattro ammassi di galassie da un team di ricercatori del Max Planck Institute for Radio Astronomy di Bonn (MPIfR), l'Argelander Institute for Radio Astronomy presso l'Università di Bonn (AIfA), l'Osservatorio statale della Turingia a Tautenburg (TLS), e colleghi a Cambridge/USA. Hanno usato il radiotelescopio da 100 m dell'MPIfR vicino a Bad Münstereifel-Effelsberg nelle colline dell'Eifel a lunghezze d'onda di 3 cm e 6 cm. Tali lunghezze d'onda corte sono vantaggiose perché l'emissione polarizzata non diminuisce quando attraversa l'ammasso di galassie e la nostra Via Lattea. La Fig.1 mostra il caso più spettacolare.
Il radiotelescopio di 100 m vicino a Bad Münstereifel-Effelsberg. Le osservazioni dell'emissione radio polarizzata da ammassi di galassie sono state eseguite con questo telescopio a lunghezze d'onda di 3 e 6 cm. Credito:© Norbert Junkes/MPIfR
Reliquie polarizzate linearmente sono state trovate nei quattro ammassi di galassie osservati, in un caso per la prima volta. I campi magnetici sono di intensità simile a quelli della nostra Via Lattea, mentre i gradi di polarizzazione misurati fino al 50% sono eccezionalmente alti, indicando che l'emissione ha origine in un campo magnetico estremamente ordinato. "Abbiamo scoperto i campi magnetici ordinati finora più grandi nell'universo, che si estende su 5-6 milioni di anni luce", afferma Maja Kierdorf di MPIfR Bonn, il capofila del progetto e primo autore della pubblicazione. Ha anche scritto la sua tesi di laurea all'Università di Bonn su questo argomento. Per questo progetto, il coautore Matthias Hoeft di TLS Tautenburg ha sviluppato un metodo che consente di determinare il "numero di Mach", cioè il rapporto tra la velocità relativa tra le nubi di gas in collisione e la velocità del suono locale, utilizzando il grado di polarizzazione osservato. I numeri di Mach risultanti di circa due ci dicono che gli ammassi di galassie si scontrano con velocità di circa 2000 km/s, che è più veloce di quanto precedentemente derivato dalle misurazioni dell'emissione di raggi X.
Le nuove osservazioni del telescopio Effelsberg mostrano che il piano di polarizzazione dell'emissione radio dalle reliquie ruota con la lunghezza d'onda. Questo "effetto di rotazione di Faraday", prende il nome dal fisico inglese Michael Faraday, indica che esistono campi magnetici ordinati anche tra gli ammassi e, insieme a gas caldo, causare la rotazione del piano di polarizzazione. Tali campi magnetici possono essere anche più grandi degli stessi ammassi.
"Il radiotelescopio Effelsberg si è dimostrato ancora una volta uno strumento ideale per rilevare i campi magnetici nell'universo", sottolinea il coautore Rainer Beck di MPIfR che lavora su questo argomento da oltre 40 anni. "Ora possiamo cercare sistematicamente campi magnetici ordinati negli ammassi di galassie usando onde radio polarizzate".
