Per la prima volta è stato possibile ricostruire la struttura del campo magnetico che permea un intero ammasso di galassie, dal nucleo fino alle regioni più esterne. Il risultato, ottenuto da un team guidato dall’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) grazie alle osservazioni del radiotelescopio LOFAR (LOw Frequency ARray), rappresenta un passo avanti nella comprensione dei processi che governano la formazione delle più grandi strutture dell’Universo e conferma il valore strategico delle infrastrutture radioastronomiche europee.
Lo studio, accettato per la pubblicazione sulla rivista Astronomy & Astrophysics, dimostra che i campi magnetici su scala cosmica non sono distribuiti casualmente, ma vengono modellati dalla dinamica del gas durante la crescita degli ammassi di galassie. Si tratta di un risultato destinato a influenzare le future ricerche condotte con LOFAR 2.0 e SKA-Low, la componente a basse frequenze dello Square Kilometre Array, destinata a entrare in funzione nei prossimi anni.
LOFAR svela la geometria del campo magnetico di Abell 2255
L’oggetto dello studio è Abell 2255, un ammasso di galassie situato a circa un miliardo di anni luce dalla Terra e noto da tempo per la complessità delle sue emissioni radio. Esteso per oltre 13 milioni di anni luce, rappresenta uno dei laboratori naturali più interessanti per analizzare l’interazione tra particelle relativistiche, gas caldo e campi magnetici.
Per ottenere questo risultato, i ricercatori hanno combinato le osservazioni radio più profonde mai realizzate su un ammasso di galassie con una nuova tecnica di elaborazione delle immagini, capace di ricostruire direttamente la direzione del campo magnetico osservandone la morfologia. Il metodo supera alcuni dei limiti della tradizionale misura della rotazione di Faraday, particolarmente alle basse frequenze radio.
L’analisi mostra che il campo magnetico segue orientazioni ben definite: nelle regioni caratterizzate da emissione diffusa tende ad assumere una configurazione radiale, mentre in prossimità delle onde d’urto cosmiche prevalgono orientazioni tangenziali. Secondo gli autori, questa rappresenta la prima evidenza osservativa che la topologia del campo magnetico sia plasmata dai processi di accrescimento che determinano l’evoluzione degli ammassi di galassie.
“Ottenere immagini degli ammassi di galassie molto sensibili in banda radio è fondamentale per comprendere come gli elettroni vengono accelerati a velocità relativistiche e i campi magnetici amplificati su grandi scale cosmiche”, spiega Andrea Botteon, ricercatore INAF e primo autore dello studio.
Grazie alla combinazione tra osservazioni ultra-profonde e una nuova tecnica di analisi, aggiunge il ricercatore, è stato possibile ricostruire “per la prima volta la topologia del campo magnetico di un ammasso di galassie”, osservando una coerenza delle linee di campo che appare strettamente legata alla dinamica del gas durante la formazione della struttura cosmica.
Dalle osservazioni ultra-profonde alle future infrastrutture della radioastronomia
Il risultato è stato raggiunto nell’ambito del progetto LOFAR Galaxy Cluster Ultra-Deep Field, evoluzione del precedente programma pubblicato nel 2022. Negli ultimi anni il tempo di osservazione dedicato ad Abell 2255 è stato esteso da circa 72 a oltre 330 ore; dopo un rigoroso processo di selezione, i ricercatori hanno utilizzato le migliori 224 ore di dati, ottenendo immagini con sensibilità e risoluzione già comparabili a quelle che diventeranno di routine con SKA-Low.
Dietro il risultato scientifico c’è anche un’importante sfida tecnologica. Il progetto ha richiesto circa tre anni di lavoro e l’elaborazione di quasi 200 terabyte di dati grezzi attraverso l’infrastruttura nazionale LOFAR gestita dall’INAF, distribuita tra Bologna, Trieste e Catania e supportata da sistemi di calcolo ad alte prestazioni (HPC). Secondo il team, con la velocità iniziale di trasferimento dei dati il solo download avrebbe richiesto quasi un anno, a testimonianza di come la capacità computazionale sia ormai parte integrante dell’astronomia osservativa.
Secondo Gianfranco Brunetti, dirigente di ricerca INAF e direttore dell’Istituto di Radioastronomia di Bologna, i dati ottenuti mostrano un ottimo accordo con le previsioni delle simulazioni cosmologiche disponibili e aprono nuove prospettive di ricerca. I futuri osservatori LOFAR 2.0 e SKA-Low, sottolinea, consentiranno di estendere questo tipo di analisi a un numero molto più ampio di ammassi di galassie, rafforzando il ruolo della comunità scientifica italiana nello sviluppo della radioastronomia a basse frequenze.
L’importanza di LOFAR va oltre il singolo risultato scientifico. Divenuto nel 2023 un European Research Infrastructure Consortium (ERIC), il radiotelescopio rappresenta oggi una delle principali infrastrutture europee per la radioastronomia e uno dei precursori tecnologici dello Square Kilometre Array. In questo contesto, l’INAF contribuisce sia allo sviluppo della nuova generazione LOFAR 2.0 sia alla gestione dell’infrastruttura nazionale per l’elaborazione dei dati, con nuove stazioni previste a Medicina entro il 2026 e a Noto nel 2029.
Il risultato conferma inoltre come il valore scientifico delle future infrastrutture radioastronomiche non dipenda soltanto dalla loro capacità osservativa, ma anche dagli investimenti nelle infrastrutture digitali e nelle competenze necessarie per trasformare enormi volumi di dati in nuova conoscenza. In questa prospettiva, LOFAR rappresenta un banco di prova fondamentale per l’arrivo di SKA-Low e per il rafforzamento del ruolo europeo nella radioastronomia di nuova generazione.
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