Un gruppo di ricercatori guidati da Francesco de Gasperin, in forza all’Osservatorio di Leida e all’Università di Amburgo, e di cui fanno parte anche Gianfranco Brunetti e Annalisa Bonafede, dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), ha scoperto nubi di particelle relativistiche, ovvero in moto a velocità prossime a quella della luce, davvero speciali. Queste particelle – spiegano gli esperti INAF – sono state individuate in una radiogalassia nell’ammasso di galassie Abell 1033, un sistema situato a circa 1,6 miliardi di anni luce da noi in direzione della costellazione del Leone Minore, grazie ai dati raccolti con il radiotelescopio europeo LOw Frequency ARray (LOFAR) e il Giant Meterwave Radio Telescope (GMRT) in India. Le particelle, che sono state emesse nello spazio più di cento milioni di anni fa, risultano ancora brillanti nelle onde radio e dunque insolitamente energetiche, quasi “ringiovanite”, al contrario di quanto in teoria dovrebbe accadere in questi casi.
Si pensa, infatti, che le particelle espulse dai buchi neri supermassicci nelle radiogalassie si “spengano” lentamente con il dissiparsi dell’energia nel tempo. Il team di scienziati ha dimostrato il contrario, avendo osservato da Terra che – nelle lunghezze d’onda radio – l’interazione con il mezzo intergalattico può rigenerare queste particelle. Si tratta, secondo i ricercatori, di una scoperta “inaspettata”, commenta de Gasperin.
“Pensiamo di aver visto l’effetto di una nuova classe di meccanismi di accelerazione di particelle che agiscono su tempi molto lunghi e che potrebbero avere un impatto importantissimo sull’evoluzione del plasma relativistico nelle radiogalassie e negli ammassi di galassie”, specifica Brunetti.
Gli ammassi di galassie sono le più grandi strutture nell’Universo, tenute insieme dalla forza di gravità. Sono costituiti da centinaia o a volte addirittura migliaia di singole galassie, da materia oscura ed enormi quantità di gas caldo che emette luce nei raggi X. Abel 1033, l’oggetto studiato dal team di De Gasperin, contiene circa 350 galassie. Capire come evolvono gli ammassi è fondamentale per comprendere l’evoluzione dell’Universo stesso. Proprio a causa della forza di gravità, due o più ammassi possono scontrarsi dando origine a uno degli eventi più violenti che si possano osservare nell’Universo. Le radiogalassie in questi ammassi formano strutture simili a “code” dense di particelle cariche che nel corso di milioni e milioni di anni perdono energia fino al totale “spegnimento”.
Gli strumenti utilizzati dai ricercatori hanno dimostrato che può accadere anche il contrario. De Gasperin spiega cosa hanno scoperto: “Col passare del tempo queste nuvole di elettroni dovrebbero diventare più deboli e scomparire. Invece, in questo caso, dopo più di cento milioni di anni, la scia di particelle è brillantemente incandescente. Questo sembra accadere proprio al centro di un ammasso di galassie che sta subendo una fusione. Parte dell’energia rilasciata nell’evento di merging deve essere stata trasferita per ringiovanire l’agglomerato di elettroni”.
Le particelle relativistiche possono tornare a brillare e il fenomeno è visibile anche a distanze considerevoli dalla Terra. La scoperta è stata possibile grazie all’osservazione alle basse frequenze radio. Bonafede commenta così lo studio cui ha partecipato: “L’emissione osservata da LOFAR in quest’ammasso di galassie ci sta dicendo che gli elettroni relativistici espulsi dalle radiogalassie dell’ammasso possono vivere per più di mezzo miliardo di anni. Se questo scenario sarà confermato anche in altri ammassi di galassie, dovremo tenere conto che esiste questa popolazione di particelle che sono del tutto invisibili da telescopi che lavorano a frequenze più alte e che solo LOFAR è in grado di vedere”.
“Al momento non sappiamo quanto siano comuni questi meccanismi nelle radiosorgenti, la risposta verrà dalle future osservazioni LOFAR che permetteranno di estendere questi studi a grandi campioni statistici di radiosorgenti”, conclude Brunetti.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Science Advances nell’articolo “Gentle re-energisation of electrons in merging galaxy clusters”, di F. de Gasperin (Leiden Observatory e Universität Hamburg), H. T. Intema (Leiden Observatory), T. W. Shimwell (Leiden Observatory), G. Brunetti (INAF-Istituto di Radioastronomia), M. Brüggen (Universität Hamburg), T. A. Enßlin (Max-Planck-Institut für Astrophysik), R. J. van Weeren (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) A. Bonafede (Universität Hamburg e INAF-Istituto di Radioastronomia) e H. J. A. Röttgering (Leiden Observatory).
