Una chiave di violino cosmica è al centro della nuova immagine composita rilasciata dall’osservatorio a raggi X Chandra della Nasa. A disegnarne la forma del caratteristico simbolo musicale sono le onde radio osservate da Lofar (Low Frequency Array), una rete di decine di migliaia di antenne distribuite in Europa, mentre i raggi X dei telescopi spaziali Chandra ed eRosita rivelano il gas caldo dell’ammasso di galassie che la ospita. Completano l’immagine le osservazioni nell’infrarosso.

La radiosorgente Treble Clef. Crediti: Raggi X: Nasa/Cxc/Inaf-Ira/A. Botteon et al.; Infrarosso: Ukidss-Gps; Radio: Astron/Lofar; Elaborazione dell’immagine: Nasa/Cxc/Sao/N. Wolk

La nuova immagine composita si basa sulle osservazioni analizzate nello studio pubblicato recentemente su Astronomy & Astrophysics e guidato da Andrea Botteon, con Marisa Brienza come seconda autrice, entrambi dell’Istituto di radioastronomia (Ira) dell’Inaf di Bologna. Il lavoro è firmato da un gruppo internazionale e comprende anche contributi di altri membri dell’Ira e dell’Istituto di astrofisica spaziale e fisica cosmica dell’Inaf di Milano.

Il lavoro combina dati radio delle survey Lofar LoTss-Dr3 e LoLss-Dr2, quest’ultima di prossima pubblicazione, con nuove osservazioni del radiotelescopio indiano uGmrt e nei raggi X di Chandra. A questi si aggiungono dati nei raggi X di eRosita e nel vicino infrarosso di UkIrt, alle Hawaii. Il gruppo ha così caratterizzato per la prima volta l’ammasso che ospita la radiosorgente e ha indagato l’origine di quest’ultima, soprannominata Treble Clef, “chiave di violino”, appunto.

Operazione non facile questa, a causa della sua posizione: la sorgente si trova in una direzione in cui il nostro sguardo attraversa il disco della Via Lattea: stelle, gas e polveri presenti lungo questa linea di vista ostacolano fortemente le osservazioni dalla Terra e in particolare nella luce visibile. È stato quindi fondamentale combinare le osservazioni radio della sorgente con quelle spaziali nell’infrarosso, utili a individuare le galassie dell’ammasso, e nei raggi X, che ne rivelano il gas caldo.

Chandra e il telescopio tedesco per raggi X eRosita (Extended Röntgen Survey with an Imaging Telescope Array) hanno rilevato gas caldo e diffuso in corrispondenza della Treble Clef, confermandone l’associazione con un ammasso di galassie. L’analisi ha inoltre stabilito che il sistema è in realtà composto da due ammassi in fase di fusione (merging). Gli ammassi di galassie sono tra le più grandi strutture dell’universo: possono contenere centinaia o migliaia di galassie e immense riserve di gas a temperature di milioni di gradi.

La nuova immagine composita mostra in blu il gas a temperature di milioni di gradi rilevato nei raggi X dai telescopi spaziali Chandra ed eRosita. Una parte dei dati di Chandra è stata elaborata con una tecnica specifica per mettere in risalto alcune caratteristiche dell’emissione. In rosso sono invece rappresentate le osservazioni radio di Lofar. Completano l’immagine, i dati nell’infrarosso dello United Kingdom Infrared Telescope, rappresentati prevalentemente in bianco.

Andrea Botteon e Marisa Brienza dell’Istituto di Radioastronomia (Ira) dell’Inaf di Bologna

L’indagine è partita proprio dall’insolita struttura radio della sorgente. «Mentre esaminavamo i dati della survey LoTss-Dr3, ha attirato la nostra attenzione una sorgente brillante e ricca di filamenti», racconta Andrea Botteon. «Comprenderne l’origine, però, era difficile perché mancavano osservazioni complementari. Il primo passo è stato quindi proporre nuove osservazioni con il radiotelescopio uGmrt. La proposta è stata accettata e i nuovi dati hanno mostrato che l’emissione radio diminuisce rapidamente al crescere della frequenza: una caratteristica che descriviamo come uno spettro radio ripido. Insieme alla sua forma particolare, questo suggeriva che la sorgente fosse una “fenice radio” in un ammasso di galassie, un’interpretazione che abbiamo confermato analizzando nuove osservazioni nei raggi X».

Il nome “fenice radio” richiama un’emissione che torna a brillare dopo essersi affievolita. Secondo lo scenario proposto nello studio, la Treble Clef si sarebbe infatti formata in due fasi. Inizialmente, un buco nero supermassiccio, probabilmente ospitato nella galassia più brillante dell’ammasso, avrebbe espulso plasma a velocità prossime a quella della luce. Le particelle cariche del plasma, muovendosi nei campi magnetici, avrebbero prodotto emissione radio di sincrotrone, poi affievolitasi man mano che perdevano energia.

Successivamente, la collisione dell’ammasso che ospita la sorgente con un altro ammasso di galassie avrebbe “ravvivato” l’emissione radio, fornendo nuova energia alle particelle e/o amplificando i campi magnetici. Anche le onde d’urto generate dalla collisione — simili a quelle che producono i boati degli aerei supersonici — potrebbero aver contribuito a questo processo.

Per cercare indizi della collisione, il gruppo ha analizzato le irregolarità nella distribuzione del gas caldo osservato da Chandra. Dall’immagine nei raggi X è stato sottratto un modello ovale e simmetrico che descrive la distribuzione della maggior parte del gas dell’ammasso. Nell’immagine residua emergono così due zone di emissione più intensa, a sinistra e a destra di una regione centrale più debole. Questa disposizione suggerisce che la collisione sia avvenuta prevalentemente lungo la direzione destra-sinistra nell’immagine. Secondo lo scenario proposto, lo scontro tra i due ammassi risalirebbe a qualche centinaio di milioni di anni fa e i due sistemi starebbero ora allontanandosi l’uno dall’altro.

Se le osservazioni permettono di ricostruire la storia fisica della sorgente, la sua forma lascia spazio anche all’immaginazione. La chiave di violino che le ha dato il soprannome non è l’unica figura riconoscibile: nella stessa struttura radio si può intravedere anche un drago gallese visto di profilo. Entrambe le somiglianze sono esempi di pareidolia, il fenomeno che ci porta a riconoscere figure familiari in ciò che osserviamo.

Per saperne di più:

• Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “The Treble Clef radio phoenix and its old nonthermal filaments”, di A. Botteon, M. Brienza, K. Rajpurohit, N. Lyskova, E. Churazov, I. Khabibullin, T. Pasini, E. O’Sullivan, G. Brunetti, F. De Gasperin, E. De Rubeis, F. Gastaldello, D. N. Hoang, R. Kraft, G. Schellenberger, R. Sunyaev, R. J. van Weeren e F. Vazza

Gli ammassi stellari sono sistemi dinamici estremamente complessi e affascinanti. Cosa li rende così complicati? Innanzitutto, l’evoluzione sia dinamica sia fisica delle loro stelle. Stelle di massa diversa hanno tempi di vita differenti: quelle più massicce possono terminare la propria evoluzione esplodendo come supernove, mentre quelle di piccola massa stanno ancora evolvendo verso la “maturità” della sequenza principale. Inoltre, le stelle si muovono rapidamente all’interno dell’ammasso scambiando energia, precipitando verso il centro o “evaporando” man mano che si allontanano. A complicare il quadro interviene l’interazione tra gli ammassi e il loro ambiente circostante: altri ammassi stellari, nebulose e l’intera Via Lattea con il suo potenziale gravitazionale.

Distribuzione delle stelle di Westerlund 1 analizzate nello studio in uscita su A&A. Nel grafico si distinguono quelle ancora legate all’ammasso e quelle non legate, nonché la direzione di espansione e del moto di Westerlund 1, su un’immagine in medio infrarosso ottenuta dal satellite Wise. Le linee mostrano la configurazione del potenziale gravitazionale della Via Lattea. Crediti: L. Prisinzano et al., A&A, 2026

Tutto questo lascia impronte indelebili nella configurazione spaziale e dinamica che osserviamo oggi negli ammassi. Impronte che in questi anni siamo in grado di analizzare con grande precisione grazie al satellite Gaia dell’Agenzia spaziale europea. Il catalogo di osservazioni di Gaia contiene infatti informazioni accurate sulla posizione e sulla dinamica delle stelle, integrate da dati spettroscopici che permettono di risalire alla natura delle stelle. Analizzati con cura, i dati di Gaia permettono di ottenere un quadro completo della struttura e della dinamica degli ammassi e delle singole stelle che li compongono.

Un team di ricercatori guidato dall’astrofisica Loredana Prisinzano dell’Inaf di Palermo ha analizzato i dati di Gaia relativi alle stelle nella regione del superammasso Westerlund 1, oggetto del progetto Ewocs, guidato da Mario Guarcello. I ricercatori hanno isolato un campione di 559 stelle dell’ammasso con massa superiore a sette masse solari.

Queste stelle formano due gruppi cinematici distinti: 421 stelle sono ancora gravitazionalmente legate al nucleo dell’ammasso, mentre 103 se ne stanno allontanando (tra cui 14 “walk-away stars” con una velocità di allontanamento maggiore delle altre). I due gruppi si muovono con velocità diverse: la dispersione delle loro velocità è di circa 5 km/s per il primo gruppo e di 10-14 km/s per il secondo.

Loredana Prisinzano (Inaf Oa Palermo), prima autrice dello studio in uscita su A&A

L’espansione dell’ammasso è asimmetrica, come già dimostrato in altri studi pubblicati di recente. Tuttavia, l’analisi dei dati di Gaia ha permesso di stabilire che la regione esterna di Westerlund 1 è allungata in direzione perpendicolare al piano della Via Lattea, subendo una distorsione probabilmente causata dalle forze mareali della nostra galassia. Inoltre, il suo tempo di espansione cinematica (2.08 milioni di anni) corrisponde al momento in cui Westerlund 1 ha attraversato il piano galattico (2.1 milioni di anni fa). Tra i diversi fattori che potrebbero spiegare tale evoluzione dinamica, questa coincidenza temporale suggerisce una possibile conseguenza dell’interazione avvenuta circa due milioni di anni fa tra Westerlund 1 e la materia (stelle e nebulose) che popola il piano della Via Lattea.

«Questo studio è la dimostrazione lampante di come il satellite Gaia sia una vera e propria “macchina da guerra” per lo studio dei moti propri stellari», dice Prisinzano, «e Westerlund 1 ne rappresenta un banco di prova estremo. Situato a oltre 13mila anni luce di distanza e pesantemente oscurato dalle polveri interstellari, è un oggetto per il quale le parallassi misurate da Gaia presentano incertezze troppo elevate per fornire distanze precise. Tuttavia, la qualità dei moti propri rimane impressionante. È proprio grazie a queste piccolissime incertezze nei movimenti trasversali delle stelle che abbiamo potuto identificare i membri dell’ammasso e condurre un’analisi cinematica estremamente accurata. Questo ci ha permesso di svelare non solo le complesse dinamiche di espansione e distorsione di questo superammasso, ma anche di trovare prove evidenti di un processo di dissoluzione in atto».

Per saperne di più:

• Leggi il preprint dell’articolo in uscita su Astronomy & Astrophysics “EWOCS-XI: Anisotropic expansion and shear in the cluster Westerlund 1. A 2D kinematic analysis with Gaia DR3”, di L. Prisinzano, F. Damiani, C. Ordenes-Huanca, M. Tarantino, S. Sciortino, N.J. Wright, V. Almendros-Abad, M. Andersen, A. Bayo, R. Bonito, V. Cusimano, M. Haberle, K. Mužic, I. Negueruela, E. Sabbi, A. Winter e M.G. Guarcello