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Osservatorio Astrofisico di Arcetri

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Una nuova survey di ammassi di galassie nalla banda X con lo Swift X-ray Telescope

Gli ammassi di galassie sono le piu' grandi strutture virializzate dell'Universo. Nonostante i complessi processi evolutivi che subiscono, portano ancora traccia delle condizioni iniziali del campo di fluttuazioni di densita' primordiale. Per questo motivo si situano all'incrocio tra astrofisica e cosmologia. La comunita' astronomica extragalattica, negli ultimi anni, si e' impegnata significativamente nello studio approfondito degli ammassi, ma anche nella ricerca di nuovi ammassi, in particolare ad alto redshift.

La banda di energia dei raggi X (0.5-10 keV) e' una finestra osservativa privilegiata per lo studio degli ammassi di galassie. La maggior parte della materia barionica in ammassi, infatti, si trova nella forma di plasma caldo diffuso, il mezzo "intracluster" (ICM), a temperature che possono raggiungere i 10 keV (cento miloni di gradi Kelvin) e visibili nella banda X con luminosita' da 1043 a 1045 erg/s. Nell'ultimo decennio, osservazioni con i satelliti Chandra e XMM-Newton hanno rivelato una grande quantita' di fenomeni complessi all'interno del ICM. D'altro canto, molto poco e' stato fatto per quel che riguarda la scoperta di nuovi ammassi. Questo e' legato principalmente al fatto che i maggiori satelliti X attualmente funzionanti hanno un campo di vista limitato (0.1-0.2 gradi quadrati) e sono usati soprattutto in puntamenti profondi, che sono piu' adatti alle loro caratteristiche tecniche. Cio' nonostante, diverse survey di ammassi sono state realizzate sfruttando osservazioni serendipite piu' o meno profonde disponibili negli archivi di Chandra e XMM-Newton, mentre solo poche survey sono realizzate con osservazioni dedicate e contigue. Di conseguenza, la dimensione tipica di un campione completo e ben definito di ammassi di galassie arriva a malapena a 100 oggetti.

In questo contesto, una collaborazione internazionale tra INAF-OAA, INAF-Brera, INAF-OATs, l'Universita' per la Scienza e la Tecnologia della Cina, l'Universita' di Ferrara, e l'Universita' del Massachusetts-Amherst, ha intrapreso una nuova survey di ammassi di galassie usando uno strumento che mai fino ad ora era stato utilizzato a questo scopo: l'X-ray Telescope (XRT) a bordo del satellite Swift. XRT e' stato originariamente concepito per osservare i Gamma Ray Burst a breve distanza dalla loro comparsa, ma nonostante la sua scarsa area efficace (circa un quinto di quella di Chandra), XRT ha delle caratteristiche ottimali per la ricerca di ammassi e gruppi di galassie: basso fondo, risoluzione angolare quasi costante su tuto il campo di vista, e una buona risoluzione spettrale. L'ultima release della "Swift XRT Cluster Survey" (SWXCS) ha una copertura del cielo che va da un massimo di 40 deg2 a 1 deg2 a flussi di circa 10-14 erg/s/cm2.  Il primo catalogo, che contiene 72 sorgenti, e' stato pubblicato in Tundo et al. (2012, A&A, 547, 57).

Recentemente nell'articolo "The Swift X-ray Telescope Cluster Survey III: X-ray spectral analysis" Paolo Tozzi e collaboratori hanno pubblicato l'analisi spettrale di 46 su 72 sorgenti nel catalogo SWXCS di Tundo et al. (2012) per misurare la loro temperatura, la luminosita' totale, e l'abbondanza chimica dell'ICM. In questo lavoro gli autori trovano che il campione e' costituito soprattutto da ammassi con temperature tra 3 e 10 keV, con una distribuzione in redshift centrata intorno a z~0.25 ma che si estende fino a z~1, con 60% del campione tra z=0.1 e z=0.4. Gli autori hanno anche misurato la luminosita' intrinseca soft e bolometrica, e hanno ottenuto la relazione tra temperatura e luminosita', trovando un buon accordo con studi precedenti.

Grazie alle proprieta' uniche di Swift/XRT (basso fondo, risoluzione angolare costante, e buona risposta spettrale), la qualita' del campione SWXCS e' confrontabile a quella di altri campioni presenti in letteratura ottenuti con telescopi X molto piu' grandi. L'obiettivo finale del progetto e' quello di ottenere un campione esteso e ben caratterizzato, che includa stime di massa, e di usarlo per una misura accurata della funzione di massa di gruppi ed ammassi di galassie. I risultati di questo progetto hanno anche forti implicazioni per la progettazione di future missioni X dedicate a survey, che dovranno essere caratterizzati da una buona risoluzione angolare su tutto il campo di vista ed un basso fondo.

SWXCS2012LT SWXCS2014
Fig 1: Distribuzione sul cielo (proiezione Aitoff) dei campi follow-up di Gamma Ray Burst nell'archivio XRT fino ad Aprile 2010. I 336 campi selezionati in Tundo et al. (2012) e usati per la SWXCS sono quelli al di fuori del piano galattico (area grigia).Fig 2: Relazione tra la temperatura dell'ICM e la luminosita' in banda X per le 46 sorgenti con analisi X presentate in Tozzi et al. (2014). La linea blu rappresenta il best fit L ~ T2.8, mentre la linea verde e la nera sono le relazioni medie derivate da altri campioni ottenuti dall'archivio Chandra. Le barre d'errore su temperatura e luminosita' corrispondono a 1 sigma.

Il team SWXCS: S. Borgani (INAF Trieste, Universita' Trieste), S. Campana (INAF Brera), M. Giavalisco (UMASS), T. Liu (USTC), A. Moretti (INAF Brera), P. Rosati (Universita' di Ferrara), G. Tagliaferri (INAF Brera), P. Tozzi (INAF Arcetri), E. Tundo (INAF Arcetri), J.X. Wang (USTC).

 


A cura di Paolo Tozzi e Anna Gallazzi