Svelando il Potere Cosmico: Flusso di Energia nelle Più Grandi Onde D'urto dell'Universo

Un team internazionale di ricercatori ha stimato con successo la dimensione e la velocità di fusione di un'onda d'urto in un ammasso di galassie in fusione, trovando che l'energia rilasciata è di 2,3 × 10^38 W. Questo successo è stato reso possibile sfruttando una recente collisione tra ammassi, che ha facilitato la complessa misurazione degli oggetti celesti. (Concetto dell'artista.)

Un team di ricercatori guidato dal professore associato Kazuhiro Nakazawa dell'Università/Nagoya/KMI e dallo studente di dottorato Yuki Omiya presso la Graduate School of Science ha compiuto progressi significativi nella comprensione degli ammassi di galassie. Collaborando con prestigiose istituzioni come l'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone, l'Università di Tokyo, l'Università di Hiroshima, l'Università di Saitama, l'Istituto di Scienze Spaziali e Astronautiche JAXA, l'Università Metropolitana di Tokyo, l'Istituto Olandese di Scienze Spaziali e l'Università di Toho, sono riusciti a stimare le dimensioni e la velocità di fusione di un'onda d'urto appena nata nel vicino ammasso di galassie in fusione CIZA J1358.9-4750. Questo sforzo ha anche permesso loro di valutare l'energia rilasciata, uno stupefacente 2,3 × 10^38 W. I dati per questa ricerca sono stati ottenuti dal satellite europeo di astronomia a raggi X XMM-Newton.

Recentemente l'ammasso di galassie in fusione CIZA J1358.9-4750. Credit: Università di Nagoya

Gli ammassi di galassie, noti come i più grandi oggetti auto-gravitanti dell'universo, sono la dimora di una vasta area di gas ad alta temperatura. Questo gas emette brillanti raggi X, rendendo visibili questi ammassi. Quando questi colossali ammassi si fondono, si culmina in un evento astronomico di magnitudine senza pari, generando un'onda d'urto che si estende su 3 milioni di anni luce quadrati.

Immagini dell'intensità dei raggi X (sinistra) e della temperatura (destra) dell'ammasso di galassie in fusione recente CIZA1359. Credit: Università di Nagoya

Tipicamente in astronomia, misurare la profondità degli oggetti celesti rappresenta una sfida significativa. Tuttavia, in questo studio, il team ha superato questa difficoltà sfruttando la recente collisione dei due ammassi. Questo evento ha reso possibile fare stime ragionevoli sulla forma originale degli ammassi. Utilizzando queste stime, hanno determinato la velocità del fronte d'urto analizzando la distribuzione della temperatura del gas ad alta temperatura. Hanno quindi moltiplicato questo valore per la lunghezza, la larghezza e la profondità degli ammassi per calcolare la quantità di energia cinetica convertita in calore, accelerazione delle particelle e amplificazione del campo magnetico nel fronte d'urto.

Questa ricerca è stata pubblicata nel numero di febbraio 2023 delle Pubblicazioni della Società Astronomica del Giappone (PASJ). In un articolo correlato, Kurahara et al. (PASJ, dicembre 2022) hanno scoperto "emissioni radio sincrotrone" causate da elettroni accelerati e campi magnetici amplificati intorno al fronte d'urto. La sua luminosità è stimata essere ~3,5 × 10^33 W. Questi risultati ci danno un'efficienza di conversione di circa 10^-5.

Comprendere la distribuzione dell'efficienza di conversione ci aiuterà a chiarire cosa sta accadendo sotto l'onda d'urto più grande nella fusione degli ammassi.

Riferimento: "La visione di XMM-Newton del riscaldamento d'urto in un ammasso di fusione precoce, CIZA J1358.9−4750" di Yuki Omiya, Kazuhiro Nakazawa, Kyoko Matsushita, Shogo B Kobayashi, Nobuhiro Okabe, Kosuke Sato, Takayuki Tamura, Yutaka Fujita, Liyi Gu, Tetsu Kitayama, Takuya Akahori, Kohei Kurahara e Tomohiro Yamaguchi, 1 dicembre 2022, Pubblicazioni della Società Astronomica del Giappone.DOI: 10.1093/pasj/psac087