3.21 Fusioni di ammassi (collisioni di galassie)

Indice ／ Capitolo 3: universo macroscopico

Le fusioni di ammassi — spesso chiamate “collisioni di galassie” nel linguaggio comune — si verificano quando due o più ammassi si compenetrano e in seguito si riorganizzano. Questo capitolo passa in rassegna gli osservabili principali e le questioni aperte, mettendo a confronto due approcci interpretativi: la fisica contemporanea, fondata sul modello Lambda a materia oscura fredda (ΛCDM) e sulla relatività generale, e la Teoria dei fili di energia (Energy Threads, EFT), che pone in primo piano la Gravità tensoriale statistica (STG) e il Rumore di fondo tensoriale (TBN), integrati dallo Spostamento verso il rosso del termine sorgente (TPR) e dall’Ambiente del percorso (PER) come mappature osservative.

In termini intuitivi, la fisica contemporanea “aggiunge un attore invisibile” — la materia oscura —, mentre la Teoria dei fili di energia (Energy Threads) “fa muovere il pavimento del palco”: il paesaggio tensoriale reagisce agli eventi e modula il cammino della luce e della materia.

I. Due linee di fondo (chiarire subito i presupposti)

1. Fisica contemporanea (ΛCDM e relatività generale)
   • Postula una componente di materia quasi priva di collisioni e invisibile: la materia oscura.
   • Durante la fusione, gli aloni di materia oscura e le galassie si attraversano a vicenda; il gas caldo, invece, collide, rallenta e si riscalda. Ne risulta una separazione spaziale tra i picchi di massa ricostruiti con lente gravitazionale e i picchi di gas osservati ai raggi X.
   • La gravità segue la relatività generale; simulazioni “in avanti” che combinano materia oscura e (magneto)idrodinamica riproducono segnali su più bande (raggi X/effetto Sunyaev–Zel’dovich termico, radio e lente).
2. Teoria dei fili di energia (Energy Threads, EFT)
   • Colloca l’Universo, antico e recente, in una mare di energia (Energy Sea) la cui topografia di Tensione (Tension) e Gradiente di tensione (Tension Gradient) genera effetti “gravitazionali” su grande scala, descritti dalla Gravità tensoriale statistica (STG).
   • In una fusione, urti, taglio e turbolenza della materia visibile condizionano la risposta della Gravità tensoriale statistica e sovrappongono una tessitura fine dovuta al Rumore di fondo tensoriale (TBN).
   • Gli spostamenti verso il rosso e le distanze dedotti sulla Terra possono includere contributi di Spostamento verso il rosso (Redshift) legati alla sorgente e del Percorso (Path) lungo la linea di vista, formalizzati come Spostamento verso il rosso del termine sorgente (TPR) e Ambiente del percorso (PER); non tutto va attribuito univocamente alla sola geometria di espansione cosmica.

II. Impronte osservabili e prove di stress (otto voci, una per una)

Ogni voce segue lo schema «fenomeno/problema → lettura contemporanea → lettura secondo la Teoria dei fili di energia», con un riscontro testabile quando possibile.

1. Disallineamento tra massa da lente e gas ai raggi X (offset κ–X)
   • Fenomeno/Problema: Nei sistemi “tipo proiettile”, i picchi di massa da lente debole/forte spesso non coincidono con i picchi di luminosità/temperatura ai raggi X, mentre i picchi di luce delle galassie seguono più da vicino la massa. Perché strutture dominate dalla gravità si separano così nettamente dal gas caldo collisionale?
   • Lettura contemporanea: Materia oscura e galassie, quasi prive di collisioni, si attraversano; il gas collide, si riscalda e rimane indietro. La separazione geometrica è la conseguenza naturale di una grande componente di massa collisionless.
   • Lettura secondo la Teoria dei fili di energia: La “veemenza” della fusione amplifica — con memoria/ritardo — il nucleo di risposta effettivo della Gravità tensoriale statistica lungo l’asse di fusione, approfondendo un “potenziale statistico” nelle zone disaccoppiate dal gas caldo; ne deriva un offset sistematico tra massa e raggi X.
   • Riscontro testabile: L’offset dovrebbe variare in modo monotono con indicatori di veemenza (intensità dell’urto, gradienti dell’indice spettrale radio, dispersione multi–temperatura ai raggi X) e rilassarsi su una scala di tempo caratteristica dopo il passaggio al pericentro.
2. Archi d’urto e fronti freddi (la violenza del gas caldo)
   • Fenomeno/Problema: Le mappe ai raggi X mostrano spesso archi d’urto (salti netti di temperatura/densità) e fronti freddi (discontinuità di contatto molto nette). Come spiegare insieme posizioni, intensità e geometria?
   • Lettura contemporanea: Il moto relativo trasforma energia cinetica in energia interna del gas generando urti; il taglio e il “drappeggio” magnetico plasmano i fronti freddi. I dettagli dipendono da viscosità, conduzione e soppressione magnetica.
   • Lettura secondo la Teoria dei fili di energia: Urti e taglio non solo riscaldano il gas: agiscono anche come termini sorgente che potenziano localmente la Gravità tensoriale statistica; il Rumore di fondo tensoriale registra la “ruvidità” fuori dall’equilibrio. Le normali degli urti tendono quindi ad allinearsi con gli assi principali dell’ellitticità da lente, e in prossimità dei fronti freddi compaiono cunei di potenziale statistico più profondo.
   • Riscontro testabile: Statistiche di allineamento tra le normali degli urti e le isocurve di lente; verifica, lungo la normale del fronte freddo, della contabilità termica/non termica rispetto al guadagno di Gravità tensoriale statistica.
3. Reliquie radio e aloni centrali (echi di particelle non termiche e campi magnetici)
   • Fenomeno/Problema: Molte fusioni presentano reliquie radio altamente polarizzate e arcuate in periferia e aloni diffusi al centro. Perché le reliquie coincidono con gli urti e da dove viene l’efficienza di accelerazione?
   • Lettura contemporanea: Urti e turbolenza accelerano gli elettroni (processi di primo o secondo ordine), mentre i campi magnetici si stirano e si amplificano; le reliquie seguono i bordi degli urti, gli aloni centrali correlano con la turbolenza.
   • Lettura secondo la Teoria dei fili di energia: Il Rumore di fondo tensoriale introduce micro-vibrazioni con code non gaussiane, abbassando le soglie di ri–accelerazione. La Gravità tensoriale statistica sovrapesa le regioni di veemenza, così le reliquie tendono ad allungarsi lungo l’asse principale da lente.
   • Riscontro testabile: Distribuzione congiunta di posizione e angolo di polarizzazione delle reliquie rispetto all’asse principale da lente; prevedibilità dei gradienti dell’indice spettrale a partire dagli indicatori di veemenza e dal guadagno di Gravità tensoriale statistica.
4. Morfologia: bimodalità, allungamento, angolo di torsione e multipoli
   • Fenomeno/Problema: I campi di convergenza/taglio mostrano spesso bimodalità o allungamento lungo l’asse di fusione, con eccentricità, angolo di torsione e multipoli di ordine superiore misurabili. Queste “finezze geometriche” sono sensibili alla forma del nucleo di modello.
   • Lettura contemporanea: La geometria deriva soprattutto dalla sovrapposizione di due aloni di materia oscura; forti vincoli provengono da posizioni relative, rapporto di massa e inclinazione lungo la linea di vista.
   • Lettura secondo la Teoria dei fili di energia: Nuclei anisotropi della Gravità tensoriale statistica risultano più “rigidi” lungo l’asse di fusione; una sola famiglia di nuclei può riprodurre insieme eccentricità, torsione e il rapporto di intensità m = 2/m = 4.
   • Riscontro testabile: Riutilizzare gli stessi parametri di nucleo in sistemi diversi; se il trittico «eccentricità–torsione–rapporto dei multipoli» resta ben descritto, l’anisotropia del nucleo è corroborata.
5. Velocità bimodali delle galassie membri ed effetto Sunyaev–Zel’dovich cinetico (chiave di fase)
   • Fenomeno/Problema: Gli spostamenti verso il rosso delle galassie membri mostrano spesso due picchi, segno di “tiro alla fune”; quando rilevato, l’effetto Sunyaev–Zel’dovich cinetico evidenzia un flusso globale lungo la linea di vista. La difficoltà centrale è diagnosticare la fase (pre–passaggio, post–passaggio, sfioramento, ritorno).
   • Lettura contemporanea: Si combinano distribuzioni di velocità con morfologia da lente/raggi X e posizioni degli urti; si confrontano i dati con modelli numerici per inferire la fase.
   • Lettura secondo la Teoria dei fili di energia: A parità di geometria, la memoria/ritardo fornisce un’ulteriore metrica: subito dopo il passaggio al pericentro l’offset lente–raggi X dovrebbe essere maggiore e poi rilassarsi con una scala di tempo caratteristica.
   • Riscontro testabile: Su un campione, usare in ascissa «separazione tra i picchi di velocità + posizione dell’urto» e verificare se l’offset segue una traccia di rilassamento compatta con una stessa costante temporale.
6. Chiusura energetica: da cinetica a termica e non termica (i conti tornano?)
   • Fenomeno/Problema: Idealmente, la perdita di energia cinetica nella fusione deve apparire nei canali termici (raggi X ed effetto SZ termico) e non termici (radio). In alcuni sistemi, efficienze e “energia mancante” non concordano.
   • Lettura contemporanea: Le differenze sono attribuite a microfisica (viscosità, conduzione, soppressione magnetica, non equilibrio elettroni–ioni) e a effetti di proiezione.
   • Lettura secondo la Teoria dei fili di energia: Considerare tali fattori come a priori e vincolare il nucleo effettivo della Gravità tensoriale statistica con leggi di conservazione esplicite (ad esempio, profili lungo la normale dell’urto che fissano i salti energetici). Se servono gradi di libertà extra solo per “assorbire” lo scarto, il modello è ritenuto insufficiente, non “riuscito”.
   • Riscontro testabile: Nello stesso sistema, tenere una contabilità unificata che metta a confronto potenza termica (raggi X + SZ termico) e potenza non termica in radio. Se modificare i parametri del nucleo rompe la chiusura energetica, occorre rifare il fit.
7. Proiezione e dis-degenerazione geometrica (la trappola del “falso doppio picco”)
   • Fenomeno/Problema: L’angolo di vista e il parametro d’impatto influenzano fortemente la morfologia apparente; un singolo picco può sembrare doppio e un offset può essere sovra– o sotto–stimato. Il multi–messaggero aiuta, ma non sempre è semplice.
   • Lettura contemporanea: Si combinano campi di taglio da lente, profili ai raggi X/SZ termico e cinematica delle galassie membri per rompere le degenerazioni, facendo leva su grandi campioni.
   • Lettura secondo la Teoria dei fili di energia: Promuovere catene di modellazione parallele direttamente al livello degli osservabili: non invertire prima il taglio in una mappa di massa fissa. Eseguire in parallelo una pipeline «CDM + relatività generale» e una pipeline «Teoria dei fili di energia (STG + TBN)» sotto la stessa verosimiglianza; confrontare mappe dei residui e criteri informativi invece di privilegiare a priori rigidi.
   • Riscontro testabile: A parità di copertura di cielo e conteggio parametrico, entrambe le pipeline riescono a spingere i residui allo stesso livello?
8. Riproducibilità tra campioni e coerenza tra scale
   • Fenomeno/Problema: Il successo su un analogo del “Bullet Cluster” non garantisce prestazioni su sistemi “El Gordo” o su altre geometrie. Le inferenze a basso redshift devono inoltre concordare con i riferimenti del primo Universo, come il Fondo cosmico a microonde (CMB) e le Oscillazioni acustiche barioniche (BAO).
   • Lettura contemporanea: È un punto di forza: un unico quadro “materia oscura + gravità” tiene insieme CMB → BAO → struttura su larga scala → fusioni (pur con dibattiti di dettaglio).
   • Lettura secondo la Teoria dei fili di energia: Affidare al Rumore di fondo tensoriale la “riga” del primo Universo e alla Gravità tensoriale statistica le risposte tardive, conservando una riga non spostata dalle origini a oggi; riutilizzare gli stessi iperparametri di STG su più sistemi.
   • Riscontro testabile: Blocco di fase della riga BAO con la crescita misurata da lente debole sotto parametri comuni; trasferibilità di un singolo nucleo tra sistemi diversi.

III. Punti di forza e limiti di ciascun approccio

1. Fisica contemporanea (ΛCDM e relatività generale)
   Punti di forza
   • Esiste una chiusura “a grandi linee” tra le scale: dai picchi acustici del CMB e dalla riga BAO alla lente debole e agli indici di crescita in spazio di redshift, fino alla geometria e all’energetica delle fusioni.
   • Maturità ingegneristica: ecosistemi N–corpi + (magneto)idrodinamica con gestione standardizzata di parametri ed errori.
   • Spiegazione intuitiva dell’offset: la massa senza collisioni attraversa; il gas collisionale resta indietro — un’immagine immediata nelle mappe di fusione.

Limiti/Sfide

• Le impronte temporali (ritardi/memoria di fase) non sono output nativi; riprodurle può richiedere un fine–tuning geometrico.
• Casi estremi di dinamica e morfologia (velocità relative molto alte, combinazioni particolari di multipoli) talvolta richiedono a priori fini o una curatela del campione.
• Sistematiche microfisiche (viscosità, conduzione, soppressione magnetica, non equilibrio elettroni–ioni) possono complicare la chiusura energetica e la stima del numero di Mach degli urti.

2. Teoria dei fili di energia (Energy Threads, EFT)
   Punti di forza
   • Condizionamento dall’evento e memoria: la risposta gravitazionale effettiva cresce o cala con la veemenza e poi si rilassa, offrendo un racconto diretto dell’evoluzione dell’offset lente–raggi X.
   • Direzionalità e non località: una famiglia anisotropa di nuclei può spiegare insieme eccentricità, torsione e multipoli; inoltre prevede allineamenti tra le normali degli urti e gli assi principali da lente.
   • Pipeline più “neutre” a livello di osservabili: confrontare direttamente mappe di taglio (γ), profili ai raggi X/SZ e spettri radio riduce circolarità indotte da a priori rigidi.

Limiti/Sfide

• La trasferibilità va dimostrata sui dati: gli stessi parametri di nucleo devono funzionare in più fusioni per rivendicare universalità.
• Vincoli rigidi di energia e transizione vanno resi espliciti, per evitare che un nucleo effettivo “assorba” le sistematiche grazie a troppa libertà.
• Cucitura tra le scale ancora in costruzione: il Rumore di fondo tensoriale deve riprodurre i dettagli del CMB e portare una riga non spostata fino alle BAO; la Gravità tensoriale statistica deve chiudere con le funzioni a due punti della lente debole e con la crescita sotto gli stessi parametri.

IV. Impegni verificabili

• Offset e fase: In un dato sistema, l’offset lente–raggi X varia in modo monotono con gli indicatori di veemenza e mostra un rilassamento post–passaggio con una costante temporale caratteristica?
• Allineamento: Le normali degli urti e l’orientazione delle reliquie radio sono significativamente allineate con l’asse principale da lente?
• Bilanci energetici: La potenza termica (raggi X + SZ termico) e la potenza non termica (radio) bilanciano la perdita di energia cinetica?
• Riutilizzo dei parametri: Uno stesso set di parametri resta valido su più fusioni?
• Chiusura tra le scale: La “riga acustica” rimane in fase dal CMB alle BAO, mentre lente debole (funzioni a due punti) e crescita chiudono sotto gli stessi parametri?

Sintesi

• Le fusioni di ammassi sono laboratori naturali per testare la gravità cosmica e il contenuto di materia.
• La fisica contemporanea e la Teoria dei fili di energia spesso spiegano gli stessi dati, ma partono da filosofie diverse: l’una centra una massa invisibile, l’altra un paesaggio dinamico condizionato dagli eventi.
• La scelta non dipende dagli slogan, bensì dalle prestazioni sugli stessi dataset: meno assunzioni, meno gradi di libertà, riproducibilità tra campioni e scale, e chiusura energetica. Le otto impronte e le cinque verifiche sopra costituiranno una lista di controllo condivisa per lettrici/lettori e ricercatrici/ricercatori.