Dottorato in ASTRONOMY, ASTROPHYSICS AND SPACE SCIENCE

Titolo della tesi: Study of the impact of filamentary structures on the properties of Galaxy Clusters from hydrodynamic simulations and multi-wavelength observations

Su scale dell’ordine del megaparsec, la struttura a larga scala che osserviamo oggi nell’Universo è disposta secondo una trama reticolare, anche nota come Cosmic Web. Il Cosmic Web, composto da ammassi di galassie, filamenti, strutture bidimensionali e regioni sottodense, ha origine dalle fluttuazioni casuali del campo di densità dell’Universo primordiale ed evolve in modo non lineare fino ad oggi. In tale contesto, la materia fluisce anisotropicamente dalle regioni a bassa densità verso quelle a densità più elevata. In particolare, i filamenti svolgono un ruolo primario nel trasporto di materia verso il centro degli ammassi di galassie, influenzandone l’accrescimento e l’ambiente circostante. L’obiettivo principale di questa tesi è esaminare la correlazione tra i filamenti e le proprietà degli ammassi, analizzando l’esteso data set delle simulazioni idrodinamiche The Three Hundred. Nella prima parte di questa tesi, il Cosmic Web è ricostruito a partire dalla distribuzione del gas simulato, e successivamente viene studiata la correlazione tra le proprietà degli ammassi e la loro connettività, definita come il numero di filamenti a essi collegati. Tra i risultati ottenuti troviamo una forte correlazione tra la connettività e la massa dell’ammasso, per cui gli ammassi più massicci risultano mediamente più connessi. Inoltre, si osserva una debole dipendenza della connettività dal redshift, con valori minori ad epoche recenti. Non emerge invece alcuna relazione significativa con lo stato dinamico degli ammassi. Nella seconda parte della tesi, vengono quantificati gli effetti che possono influenzare la ricostruzione del Cosmic Web a partire da dati osservativi. In questo contesto, le regioni delle simulazioni The Three Hundred sono analizzate per determinare come la proiezione su un piano bidimensionale e la rotazione della linea di vista possano influire sulla ricostruzione dei filamenti, e come la scelta del tracciante, ad esempio l’uso di galassie al posto del gas, possa modificare le stime della connettività. Oltre a testare diversi traccianti, si valuta come cambia la ricostruzione del Cosmic Web utilizzando diversi osservabili del gas. In particolare, a partire da mappe teoriche dell’effetto Sunyaev-Zel’dovich, si quantifica il contributo dei filamenti sul profilo Compton-y radiale nelle regioni periferiche degli ammassi. Nelle stesse regioni, si ricostruiscono le strutture filamentari a partire da mappe X simulate della Emission Measure. Infine, si analizzano i 115 ammassi di The Three Hundred selezionati per il CHEX-MATE Matched Sample per integrare gli effetti strumentali di una tipica osservazione di XMM-Newton. Complessivamente, l’analisi presentata nella seconda parte di questa tesi fornisce un quadro di riferimento per l’interpretazione delle osservazioni del Cosmic Web, permettendo di quantificare l’impatto degli effetti di proiezione, della scelta del tracciante e delle sistematiche strumentali sulla ricostruzione delle strutture filamentari e della loro connessione con gli ammassi di galassie. Questa tesi offre uno studio approfondito del ruolo che i filamenti hanno nel modellare le proprietà degli ammassi di galassie e delle principali sfide osservative legate alla ricostruzione del Cosmic Web. I risultati evidenziano il potenziale della sinergia tra simulazioni idrodinamiche e osservazioni simulate per interpretare e ottimizzare le future analisi osservative delle strutture a larga scala.