RICERCA ITALIANA     

Campi Magnetici su Grande Scala nell'Universo

Università degli Studi di Bologna

Abstract

Lo scopo di questo progetto e' di migliorare le nostre conoscenze sui campi magnetici a grande scala nell'Universo. A questo scopo e' di fondamentale importanza lo studio delle proprieta' dei campi magnetici in ammassi di galassie essendo gli ammassi le piu' grandi strutture gravitazionalmente legate del nostro Universo. La presenza di campi magnetici in ammassi di galassie e' osservativamente dimostrata dalla presenza di sorgenti radio estese (aloni e relitti) e dalla rotazione di Faraday di sorgenti poste sia dentro gli ammassi di galassie che dietro di essi.
Tuttavia queste osservazioni e la loro interpretazione teorica presentano ancora notevoli problemi come la necessita' di riconciliare i diversi valori per la intensita' dei campi magnetici ottenuti con metodi diversi.
Tramite nuovi dati osservativi e l'approfondimento dei modelli teorici, vogliamo migliorare le nostre conoscenze sulla intensita', struttura ed origine dei campi magnetici in ammassi di galassie per potere in futuro discutere i modelli di formazione ed evoluzione dei campi magnetici cosmologici. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Gabriele GIOVANNINI Università degli Studi di BOLOGNA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Tenuto conto della durata limitata (2 anni) del presente progetto, ci prefiggiamo di approfondire le nostre conoscenze dei Campi Magnetici in ammassi di galassie per approfondire poi in futuro le nostre conoscenze sui campi magnetici a grande scala nell'Universo.
In particolare ci proponiamo di:
-) ricavare valori accurati della intensita' dei Campi Magnetici in ammassi di galassie
-) comprendere perche' in letteratura i valori ottenuti tramite misure di rotazione (RM) siano diversi (superiori) rispetto a quelli ricavati con altri metodi
-) ottenere il profilo della intensita' del campo magnetico in funzione della distanza dal centro negli ammassi e confrontarlo con quello previsto dai modelli di emissione di sincrotrone degli ammassi
-) studiare la struttura dei campi magnetici, la presenza di filamenti e di varie scale di disomogeneita' (spettro di potenza)
-) ricavare la correlazione tra le proprieta' dei campi magnetici ed altri parametri degli ammassi come densita' del gas, massa, interazioni e fusioni tra ammassi
-) studiare l'effetto del campo magnetico sullo spettro di sincrotrone previsto dai modelli di emissione da ammassi
-) ricavare informazioni sul campo magnetico dal confronto tra le previsioni dei modelli di accelerazione di particelle e le proprieta' statistiche degli aloni.
Questi obiettivi possono essere raggiunti tramite nuove osservazioni ed uno sviluppo dei modelli teorici, come discusso in dettaglio nel successivo punto 2.3 e nel Modello B. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Per comprendere le proprieta' fisiche dell'Universo e' necessario conoscere le proprieta' dei Campi Magnetici.
Il magnetismo e' una delle quattro forze fondamentali ed influenza sia le proprieta' di oggetti estesi come gli ammassi di galassie che le proprieta' di oggetti su scala piu' compatta come le stelle nella fase di formazione e durante la loro evoluzione.
Malgrado la loro grande importanza l'origine e le proprieta' dei campi magnetici e' ancora un problema aperto per la fisica fondamentale e l'astrofisica.

Se vogliamo studiare i campi magnetici cosmologici e' indispensabile partire dalla conoscenza delle proprieta' dei campi magnetici in ammassi di galassie poiche' gli ammassi sono gli oggetti piu' estesi legati gravitazionalmente.
Abbiamo numerose evidenze osservative che indicano che il mezzo intergalattico (ICM) e' permeato da campi magnetici diffusi.

Facciamo riferimento al punto 2.4 del Modello B per una dettagliata discussione sulla base di partenza internazionale in questo campo, qui ci limitiamo a notare che:

1) Osservazioni radio con alta sensibilita' hanno mostrato la esistenza in circa 50 ammassi di galassie di sorgenti estese (aloni e relitti) non collegati alla attivita' di una singola galassia ma alle proprieta' generali dell'ammasso e del ICM (vedi ad esempio Giovannini et al. 1999; Feretti 2003a,b; Bacchi et al. 2003; Govoni et al. 2004; Giovannini e Feretti 2004; Govoni et al. 2005; Feretti et al. 2004). Assumendo condizioni di minima energia per queste sorgenti radio (equipartizione) e' possibile stimare la presenza di un campo magnetico nelle regioni radio emittenti (quindi su scale del Mpc) con intensita' nell'intervallo 0.1 - 0.5 microG.

2) Misure di rotazione di Faraday di sorgenti polarizzate poste all'interno o proiettate sul fondo di ammassi di galassie, mostrano l'esistenza di campi magnetici estesi negli ammassi di galassie.
Questo risultato si basa sia su studi statistici di un gran numero di ammassi, sia su studi dettagliati di singoli ammassi (vedi ad es. la recente review di Govoni e Feretti, 2004 e le referenze ivi citate). In generale i dati sono in accordo con campi magnetici in ammassi di galassie dell'ordine di 1 - 5 microG che possono raggiungere valori di 10 - 30 microG. in ammassi con un nucleo raffreddato (cooling cores). Questi valori sono maggiori di almeno un ordine di grandezza rispetto alle stime ricavati assumendo condizioni di equipartizione nelle regioni radio emittenti.

3) La misura di un eccesso di emissione di raggi X ad alta energia (HXR excess) rispetto alla emissione termica, negli ammassi di Coma (Fusco-Femiano et al. 1999, 2004; Rephaeli et al. 1999), A2256 (Fusco-Femiano et al., 2000) ed A754 (Fusco-Femiano et al. 2003), permette di ricavare informazioni sulle condizioni fisiche del ICM e di stimare il valore medio del campo magnetico in questi ammassi. Le misure di intensita' dei campi magnetici cosi ricavate sono in accordo con quelle ottenute supponendo condizioni di equipartizione negli aloni e relitti radio.

4) La differenza nelle misure di intensita' dei campi magnetici ricavati con diversi metodi non e' ancora stata risolta, anche se puo' essere attenuata se si considera che la distribuzione della RM e' generalmente iregolare suggerendo la presenza di fluttuazioni nei campi magnetici nell'ICM su piccola scala: 1 - 10 kpc. Inoltre le osservazioni sono spesso interpretate assumendo il piu' semplice possibile tra i modelli di campi magnetici e cioe' un campo magnetico costante su scala dell'ammasso di galassie ed usando l'approssimazione che la scala di disordine del campo magnetico sia una sola. Murgia et al. (2004) hanno mostrato che immagini di RM possono essere usate per ricavare limiti ed informazioni non solo sulla intensita' dei campi magnetici ma anche sulle varie scale di disomogeneita' (spettro di potenza)

5) I dati attuali in banda radio ed anche in banda X di aloni radio in ammassi di galassie mostrano evidenze in favore dei modelli di elettroni primari (Brunetti 2003, 2004; Kuo et al. 2004).
Lo sviluppo di modelli basati sulla turbolenza magnetica provocata dalla fusione (merger) tra ammassi di galassie puo' portare a spiegare le proprieta' statistiche della emissione non termica in ammassi (Cassano e brunetti, 2005) e la presenza e le strutture di campi magnetici estesi amplificati negli ammassi di galassie (Dolag et al., 2005). <<<