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A radio ridge connecting two galaxy clusters in a filament of the cosmic web

For the first time ever, a stream of magnetic fields and relativistic electrons along a filament that connects two clusters of galaxies has been identified thanks to observations performed with the LOFAR radio telescope.
Radio emission (blue) from the ridge connecting the galaxy clusters A399 and A401 (in the insets) superimposed onto the cluster gas emission (red).

10.1126/science.aat7500

Link: https://science.sciencemag.org/content/364/6444/981

DIFA Authors/Autori Difa: Annalisa Bonafede, Franco Vazza, Gabriele Giovannini, Francesca Loi, settore DIFA FIS/05

 

In the Universe, matter is distributed along the so-called "cosmic web" consisting of filamentary structures, at the intersection of which huge concentrations of dark matter, gas and galaxies form. These structures are known as  galaxy clusters.

Clusters of galaxies are the largest gravitationally-bound structures in the Universe.

Radio observations show that the central regions of some galaxy clusters host a “halo” of radio emission. This emission is  due to the synchrotron mechanism, and probes the existence of magnetic fields, that has likely been amplified by the structure formation processes.

Up to now, a magnetic field in the filaments connecting clusters had never been observed. Thanks to low frequency radio observations with the LOFAR telescope, it has been possible to detect magnetic fields of intensities as low as 100 nG, in the filamentary region that connects the clusters Abell 399 and Abell 401. The discovery was possible thanks to LOFAR deep radio observations, that are very sensitive to large-scale emission, and thanks to a comparison with  magnetohydrodynamic cosmological simulations. These simulations allowed the authors to constrain the intensity of the magnetic field and the origin of the emitting electrons. This discovery has important implications to understand the origin of magnetic fields in the Universe.

Rivelato un ponte radio tra due ammassi di galassie lungo un filamento della ragnatela cosmica

Usando dati del radiotelescopio LOFAR, e’ stata individuata per la prima volta una scia di campi magnetici ed elettroni relativistici lungo un filamento di gas che unisce due ammassi di galassie.

Nell’universo la materia è distribuita come una “ragnatela cosmica”, costituita da strutture filamentari alla cui intersezione si formano enormi concentrazioni di materia oscura, gas e galassie, dette ammassi di galassie. Gli ammassi di galassie possono essere considerati i più grandi oggetti gravitazionalmente legati presenti nell’universo. Le osservazioni finora effettuale con i radiotelescopi mostrano nelle zone centrali di alcuni ammassi un “alone” di emissione radio. L’emissione e’ dovuta al processo di sincrotrone, e pertanto testimonia l’esistenza di un campo magnetico, probabilmente amplificato dai processi che portano alla formazione di queste strutture.

Fino a oggi, non era mai stato osservato un campo magnetico nelle regioni di spazio che connettono due ammassi di galassie. Grazie a osservazioni radio a bassa frequenza effettuate con il radiotelescopio LOFAR, e’ stato possibile per la prima volta rivelare la presenza di campi magnetici molto deboli, di circa 100 nanoG, ed elettroni relativistici nelle regioni che connettono i due ammassi Abelle 399 e Abell 401. La scoperta e’ stata possibile grazie a osservazioni estremamente sensibili all’emissione radio diffusa, che LOFAR e’ in grado di effettuare, e grazie al confronto di queste con simulazioni cosmologiche magnetoidrodinamiche, che hanno permesso di trarre conclusioni sia sull’intensità del campo magnetico che sull’origine degli elettroni che emettono in radio. La scoperta ha importanti conseguenze per comprendere l’origine dei campi magnetici nell’Universo.