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Shedding a new light on the growth of cosmic magnetic fields

Two new numerical works explored how magnetic fields observed in the largest cosmic structures might have originated.
High resolution view of the structure of magnetic fields in a simulated galaxy cluster, produced with the cosmological code ENZO

Codice DOI: 10.1093/mnras/stx2830   e  10.1088/1361-6382/aa8e60
Other links: http://cosmosimfrazza.myfreesites.net/the_magnetic_cosmic_web
DIFA Authors / DIFA Institutions: Franco Vazza

The origin of magnetic fields observed on scales of million of lightyears in galaxy clusters is presently unknown: they might either result from the amplification of primordial weak fields (generated a few seconds after the Big Bang) or from the late injection from compact objects born within galaxies.

With the new numerical simulations of unprecedented resolution, presented in two peer-reviewed articles, Franco Vazza at its team spread across Bologna, Lugano and Hamburg  (and also funded by the European Research Council), have simulated with great detail how magnetic fields should grow in galaxy clusters and in cosmic filaments, according to different plausible scenarios for the origin of magnetic fields.

For the first time, the so called turbulent dynamo process in the gas of galaxy clusters has been numerically simulated in its entirety, showing that the memory of any seed magnetic field is lost during the growth of clusters, because of the dynamo itself.

Conversely, the “fossil” memory of magnetic field seeding within cosmic filaments will survive for billions of years, and its faint signature might be observed with present (like the Low Frequency Array, LOFAR)  or shortly incoming radio telescopes (like the giant Square Kilometer Array, SKA).  The simulations employed overall 32 million hours of computing, on supercomputing centers in Lugano and in Jülich, and further data can be see at http://cosmosimfrazza.myfreesites.net/the_magnetic_cosmic_web

Una nuova luce sulla crescita dei campi magnetici cosmici

Due nuovi studi numerici dello stesso gruppo hanno esplorato come i campi magnetici osservati nelle più grandi strutture cosmiche potrebbero essersi formati

L'origine dei campi magnetici osservati su scale di miliardi di anni luce negli ammassi di galassie è ancora ignota: potrebbero essere il risultato dell'amplificazione di campi magnetici debolissimi e generati in epoche remote del cosmo (pochi secondi dopo il Big Bang), oppure al contrario potrebbero essere stati rilasciati nel cosmo dagli oggetti compatti formatesi dentro le galassie.

Con delle nuove simulazioni numeriche estremamente risolte e presentate in due articoli scientifici, Franco Vazza ed il suo team sparso tra Bologna, Lugano ed Amburgo (con l'importante finanziamento dello European Research Council) hanno studiato nel dettaglio come i campi magnetici del cosmo potrebbero essere evoluti negli ammassi di galassie e nei filamenti cosmici, simulando il risultato di diversi scenari alternativi. Per la prima volta, grazie all'alta risoluzione la dinamo “turbolenta” è emersa nella sua interezza, dimostrando che ogni memoria dei campi magnetici primordiali nel gas degli ammassi di galassie viene cancellata dal processo di dinamo.

Al contrario, il resto “fossile” dei campi magnetici primordiali dovrebbe sopravvivere per miliardi di anni nel tenue gas dei filamenti cosmici, e potrebbe essere osservato dai telescopi radio già esistenti (come il  Low Frequency Array, LOFAR) o da quelli di futura generazione (come il gigantesco  Square Kilometer Array, SKA).  Queste simulazioni hanno impiegato in tutto circa 32 milioni di ore calcolo nei centri di supercalcolo di Lugano e di  Jülich, ed animazioni ed ulteriori immagini sono disponibili a http://cosmosimfrazza.myfreesites.net/the_magnetic_cosmic_web