Strani segnali radio dallo spazio profondo contengono segni di nuova fisica, affermano gli scienziati

Una reliquia, un fossile e un alone sono tra le caratteristiche bizzarre osservate nel tumultuoso ammasso di galassie Abell 3266.

La reliquia della “via sbagliata” in Abell 3266. Immagine: Riseley et al

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Secondo un nuovo studio, gli scienziati hanno individuato misteriose strutture radio nel mezzo di un immenso ammasso di galassie situato a 800 milioni di anni luce di distanza.

Questi oggetti radio, alcuni dei quali non sono mai stati visti prima, pongono nuove sfide alla nostra comprensione dell’universo e offrono uno sguardo senza precedenti sulle regioni tumultuose della rete cosmica, una rete di filamenti e nodi che collega l’universo. Come hanno affermato i ricercatori che hanno osservato le fonti in un saggio di accompagnamento, “Sfidano le teorie esistenti sia sull’origine di tali oggetti che sulle loro caratteristiche”.

Esteso su 300 milioni di anni luce di cielo nell’emisfero australe, l’ammasso di galassie Abell 3266 è una delle più grandi strutture del suo genere nell’universo locale. Essendo il sito di più ammassi che si fondono insieme, apre una finestra sulle ricadute di enormi collisioni cosmiche, motivo per cui gli astronomi lo hanno studiato intensamente per anni, specialmente nei raggi X e nella luce visibile.

Ora, gli scienziati guidati dall’astrofisico Christopher Riseley, ricercatore presso l’Università di Bologna, hanno esaminato nuove immagini di Abell 3266 catturate dall’Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASCAP) e dall’Australia Telescope Compact Array (ATCA), due dei più radio osservatori sensibili sulla Terra.

Secondo uno studio pubblicato sul Avvisi mensili della Royal Astronomical Society di lunedi. Le scoperte soddisfano anche la ricerca quasi decennale di Riseley di individuare un alone radio, un tipo di enorme struttura diffusa vista al centro di alcuni ammassi di galassie, tra le altre sorgenti radio esotiche.

“Su migliaia di cluster conosciuti, solo circa 100 sono noti per ospitare una combinazione di reliquie e/o aloni, quindi si tratta di oggetti piuttosto rari ed enigmatici”, ha detto Riseley in una e-mail. “Dobbiamo trovarne di più per essere davvero sicuri di comprendere i dettagli di come vengono generati”.

Le strutture recentemente osservate in Abell 3266 includono un enorme alone radio che viene “rilevato in modo conclusivo qui per la prima volta” e contiene “una ‘cresta’ diffusa centrale estesa che non siamo ancora in grado di classificare”, secondo lo studio.

I ricercatori hanno anche esaminato una cosiddetta “reliquia nella direzione sbagliata”, una struttura a forma di arco con una strana forma concava e altre caratteristiche che non sono mai state viste in oggetti simili, nonché una “fonte di plasma fossile” creata da le potenti esplosioni di un vecchio buco nero supermassiccio che da allora è svanito nell’oscurità.

Anche come radioastronomi esperti, il team ha reagito agli oggetti ultraterreni con “eccitazione, sorpresa e non poca confusione”, ha detto Riseley.

“C’era sicuramente un sacco di ‘che diavolo?’ e ‘perché sembra così?’ tipo di reazione”, ha ricordato. “ASKAP è un telescopio così rivoluzionario che ogni volta che guardi un’immagine profonda, trovi qualcosa di nuovo e insolito. Questo fa parte di ciò che rende il nostro lavoro così difficile, eppure così divertente. Sono un astronomo osservativo, non un teorico, quindi la sfida di spiegare ciò che vediamo nel contesto di ciò che sappiamo (o pensiamo di sapere) dalla teoria è davvero avvincente”.

Secondo i ricercatori, il radio fossile è molto antico. E mentre hanno un vantaggio decente su dove ha origine, “I nostri migliori modelli fisici semplicemente non possono adattarsi ai dati”, hanno scritto. “Questo rivela lacune nella nostra comprensione di come queste fonti si evolvono, lacune che stiamo lavorando per colmare”.

“Il fossile rappresenta la fase finale dell’evoluzione di una radiogalassia”, ha spiegato Riseley. “Sappiamo come invecchiano queste cose, quindi sappiamo come dovrebbe cambiare la forma dello spettro. I nostri dati indicano che questa fonte è molto antica: il buco nero che un tempo alimentava il fossile si è spento molto, molto tempo fa».

“È estremamente difficile capire come si origina questa vecchiaia, perché possiamo vederli solo per una brevissima parte della loro evoluzione”, ha continuato. “Penso che l’unico motivo per cui possiamo davvero vederlo è che esiste in un ambiente a grappolo: il plasma denso in cui vive fornisce un po’ di energia aggiuntiva per mantenerlo visibile per un po’ più a lungo”.

Le nuove osservazioni mostrano anche che la reliquia ad arco ha una rara forma concava e schemi spettrali che “non sono banalmente spiegati dagli attuali scenari di formazione di reliquie radio”, afferma lo studio. Sebbene gli scienziati sappiano che le reliquie sono illuminate da onde d’urto che si propagano attraverso gli ammassi, lo spettro della reliquia nella direzione sbagliata non si inclina attraverso le frequenze, come tutte le altre strutture del suo genere, mostrando invece rotture nette nel modello di luce, che “non può essere spiegato da uno dei teorici con cui ho parlato”, ha detto Riseley.

“Ciò suggerisce fortemente che stiamo esaminando una fisica nuova e insolita con la reliquia della ‘via sbagliata'”, ha aggiunto, “e quindi i nostri teorici devono tornare al tavolo da disegno per spiegare come ottenere uno spettro come quello che vediamo È una sfida estremamente eccitante!”

Le proprietà di queste bizzarre radiosorgenti non sembrano adattarsi alla nostra attuale comprensione dell’origine e dell’evoluzione di strutture simili. Molti di questi misteri possono essere risolti con future osservazioni di ASKAP e ATCA, nonché con un immenso progetto noto come Square Kilometer Array (SKA), che diventerà l’osservatorio radio più sensibile sulla Terra quando sarà completato in questo decennio.

Gli ammassi di galassie risiedono “alle intersezioni della struttura su larga scala della Rete Cosmica dell’Universo”, hanno affermato Riseley e i suoi colleghi nello studio, che è una rete interconnessa di filamenti di materia oscura di proporzioni sbalorditive che abbraccia l’intero universo.

Mentre sarà soddisfacente solo leggere meglio questi strani oggetti, ci sono anche domande più grandi che potrebbero essere vincolate dallo studio dell’universo radio, come l’origine inspiegabile del magnetismo cosmico.

“Noi osservatori dobbiamo lavorare a stretto contatto con i teorici”, ha detto Riseley. “I nostri modelli sono validi solo se continuano a resistere al controllo e laddove i nuovi dati lo sfidano, dobbiamo capire perché. La reliquia della “via sbagliata” mette in discussione ciò che pensavamo di sapere, quindi dobbiamo capire quali condizioni sono necessarie per generare qualcosa di simile a questo oggetto.

“Forse è qualcosa di unico nell’ambiente di questo ammasso, forse è qualcosa di specifico sulla geometria della fusione, forse è una combinazione particolarmente insolita di proprietà”, ha concluso. “Non lo sappiamo ancora, ma stiamo lavorando per scoprirlo”.

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