Cercando l’origine del magnetismo cosmico

Campi magnetici sono osservati ovunque nell’Universo dai piccolissimi in stelle e pianeti fino ai campi presenti nelle più grandi strutture cosmiche e nei vuoti tra di esse.  Se l’origine dei campi di stelle e pianeti è ben compresa, è ancora aperta la domanda su come si possano originare i campi su scale cosmologiche dell’ordine dei Kpc nelle Galassie fino ai Mpc dei campi magnetici misurati in ammassi di galassie, filamenti e vuoti della struttura su grande scala. Una delle possibilità più interessanti è che questi campi altri non siano che i relitti, post-processati dalla formazione delle strutture, di campi magnetici generati nell’Universo primordiale durante l’inflazione o durante le transizioni di fase prima della ricombinazione.  Le caratteristiche di questi Campi Magnetici Primordiali (PMFs) sono strettamente legate al meccanismo che li ha generati e quindi alla fisica fondamentale coinvolta nell’Universo primordiale. In questo senso i campi magnetici primordiali rappresentano una finestra osservativa sulla fisica fondamentale. Con la loro presenza i PMFs influenzano tutta la formazione delle strutture e in particolare uno dei migliori osservabili è la radiazione di fondo cosmico a microonde (CMB) sulla quale hanno numerosi effetti sia sullo spettro di potenza angolare che sulle non-Gaussianità. Ad OAS Bologna abbiamo un team di eccellenza in questo argomento che ha sviluppato il primo trattamento analitico delle perturbazioni indotte dai campi magnetici (Finelli et.al 2008, Paoletti et al. 2009), trattamenti analitici di non-Gaussianità (Caprini et al. 2009) e ha sviluppato due dei codici principali per lo studio del magnetismo primordiale, uno a livello di effetti gravitazionale (Finelli et al. 2008, Paoletti et al 2009) e uno legato agli effetti dei PMFs sulla storia termica dell’Universo (Chluba et al 2015, Paoletti et al. 2019). Siamo stati tra i primi a derivare i vincoli alle caratteristiche dei campi magnetici primordiali con i dati reali di CMB (Paoletti & Finelli 2011 and 2013, Paoletti et al. 2019, Paoletti and Finelli 2019) e abbiamo avuto la leadership del progetto dedicato allo studio dei PMFs nella Collaborazione Planck culminato con la pubblicazione dell’articolo dedicato (Planck 2015 results XIX) e al momento ci occupiamo della preparazione ai dati futuri e al miglioramento della trattazione a livello teorico (Paoletti and Finelli 2019). Grazie alle connessioni con l’Università ci occupiamo di fornire le caratteristiche dei campi magnetici vincolati con la CMB come condizioni iniziali per la simulazione su grande scala  per ottenere i campi osservati oggi giorno (Hutschenreuter et al. 2018).