Termodinamica e cinematica del gas, campi magnetici e particelle relativistiche in ammassi di galassie e nel cosmic web

In alto: emissione radio tra gli ammassi A2061 e A2067 (Credits: Pignataro et al. 2024, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2024A%26A...691A..99P/abstract). In basso: l'ammasso della Fenice in banda X (Chandra), radio (VLA) ed ottica (HST). Credits: NASA/STScI

Gli ammassi di galassie ed il cosmic web in generale contengono  una frazione significativa di energia "non termica", ovvero in forma di  campi magnetici, particelle relativistiche ed energia cinetica associata ai moti turbolenti o regolari del plasma.  Le osservazioni radio mostrano una varietà di strutture diffuse anche milioni di anni luce, denominate   "aloni", "relitti", "mini-aloni" e "mega-aloni" negli ammassi di galassie, e  sono fondamentali per comprendere i meccanismi di accelerazione delle particelle relativistiche. Altre emissioni ancora più periferiche, recentemente scoperte, come i "ponti" tra gli ammassi di galassie, sono fondamentali per lo studio del plasma prima del suo accrescimento negli ammassi.  L’emissione radio e’ osservabile grazie all’interazione di particelle relativistiche con campi magnetici, e recenti osservazioni hanno rivelato tracce di campo magnetico su scale ancora più grandi degli ammansi, nei  filamenti di galassie. Lo studio dei campi magnetici negli ammassi e nei filamenti  potrà chiarire l'origine del campo magnetico nell’Universo e i processi che portano alla sua amplificazione. 

 Oltre all'accrescimento della materia, il feedback meccanico da AGN, associato alla complessa interazione tra gas caldo e gas molecolare freddo nelle galassie, modifica in modo drammatico la termodinamica del gas degli ammassi di galassie, bilanciando l'effetto dell'irraggiamento di energia in banda X, rimescolando il gas nelle regioni più dense e trasportando particelle relativistiche e campi magnetici sull'intero volume d'ammasso. 

Il nostro gruppo studia ed osserva l'evoluzione delle strutture cosmiche, e del loro campo magnetico, combinando simulazioni cosmologiche avanzate (prodotte per esempio al CINECA )  alle osservazioni dal radio  (ad esempio con JVLA, LOFAR, uGMRT, MeerKAT, ASKAP), alle micro-onde (ad esempio con ALMA) fino alle frequenze più elevate (nei raggi X con Chandra, XMM e XRISM), anche in preparazione all'avvento dello  Square Kilometre Array (SKA), il più grande telescopio mai costruito dall'umanità. 

La lista delle tesi di Master attualmente disponibile da questo gruppo è disponibile in fondo alla pagina.

FINANZIAMENTI:

• ERC Grants no. 714196 “MAGCOW” , PI. F.Vazza (2017-2023)
• ERC Grants no. 714245 “DRANOEL” , PI A. Bonafede (2017-2023)
• Grant from Fondazione Cariplo, "BREAKTHRU", PI. F.Vazza (2023-2025)
• PRIN no. J53D23001610006, "AGN-sCAN", Responsabile locale: M. Gitti (2023-2025)
• ERC Consolidator no. 101169773   "BELOVED", PI A. Bonafede (2025-2030)

Tesi di Laurea (Master) Disponibili

• Abell795. JVLA radio observations of radio galaxies.  Goals: Map the central radio galaxy of Abell 795 and study the properties of the radio galaxies in the cluster. Contacts: F. Ubertosi, M. Gitti, F. Brighenti

• Abell 795: deep Chandra X-ray obs. of the intracluster medium. Goals: use X-ray Chandra data to investigate the presence of X-ray cavities (→ feedback) in the core of the cluster,  Study dynamics of sloshing (bulk motions) of the intracluster medium.    Contacts: F. Ubertosi, M. Gitti, F. Brighenti

• Misaligned jets and X-ray cavities: linking pc and kpc scales  . Goals: use VLBA data to measure the size and direction of propagation of the radio jets at very high spatial resolution (parsec scales, close to the BH!). Compare the jet direction with the cavities in the intracluster medium and verify how frequently jets are reoriented     Contacts: F. Ubertosi, M.Gitti ,

• Radio galaxy evolution and feedback in a merging cluster at z~0.5  Goals: use JVLA and VLBA data to search for extended radio lobes of the central radio galaxy, and their interaction with the ICM 2. Spectral study of the central radio source → renewed AGN activity? Activation connected with merger?  Contacts: F. Ubertosi, M. Gitti, F. Brighenti

• The circumgalactic multi-phase gas in ZwCl 235 Goals: use VLT/MUSE data to study the distribution and extent of cool gas in the central galaxy of a galaxy cluster 2. Connection with cooling of the intracluster medium. Contacts: F. Ubertosi, M. Gitti, F. Brighenti

• Simulations of AGN feedback, turbulence in clusters & galaxies.  Goals: study numerical simulations of AGN feedback to perform turbulence analysis, cavities & shcoks studies, and compare with observations. Contacts:  F. Brighenti , F.Vazza 

• Radio emission and magnetic field in galaxy clusters and beyond using LOFAR. Goals: use new radio data to study the statistical properties of cluster samples at low frequency, using LOFAR survey data.   Contacts: A.Bonafede

• Radio emission and magnetic field in galaxy clusters and beyond using MEERKAT.  Goals: use radio polarisation data to study magnetic fields in low-mass clusters, and develop numerical techniques to analyse magnetic fields from polarisation.  Contacts: A.Bonafede