Rappresentazione artistica di come potrebbero apparire le onde gravitazionali e le emissioni elettromagnetiche di una fusione di stelle di neutroni. NSF/LIGO/Università statale di Sonoma/A. Simonnet Gli scienziati hanno rilevato il debole segnale dell'onda gravitazionale di due stelle di neutroni in collisione, e i telescopi spaziali hanno misurato il lampo di raggi gamma che erutta dalla violenta fusione. Questa è la prima volta che sia le onde gravitazionali che le radiazioni elettromagnetiche sono state osservate emanate dallo stesso evento cosmico. È anche la prima volta che registriamo le onde gravitazionali di una fusione di stelle di neutroni.
Fino ad ora, Gli osservatori di onde gravitazionali hanno individuato solo fusioni di buchi neri. L'Osservatorio delle onde gravitazionali laser interferometro (Advanced LIGO), che gestisce due stazioni di rilevamento a Washington e Louisiana, ha fatto la storia nel 2015 per aver effettuato la prima rilevazione delle onde gravitazionali che si increspano nello spaziotempo, una previsione teorica chiave della relatività generale di Einstein.
Da quella storica scoperta, sono state confermate altre tre fusioni di buchi neri. Il più recente evento di fusione di buchi neri è stato registrato il 14 agosto, e ha visto il rivelatore Advanced Virgo (situato vicino a Pisa in Italia) unirsi a LIGO per effettuare la misurazione più precisa di un buco nero di sempre.
Solo tre giorni dopo, il 17 agosto LIGO e Virgo rilevati un altro segnale. Questa volta proveniva da due stelle di neutroni in collisione, dimostrando che i buchi neri non sono gli unici eventi che producono onde gravitazionali. Una collaborazione internazionale di 70 telescopi terrestri e spaziali ha potenziato la scoperta catturando il lampo di raggi gamma e il bagliore residuo della collisione di stelle di neutroni avvenuta a 130 milioni di anni luce di distanza in una galassia chiamata NGC 4993.
Di lunedi, 16 ottobre lo studio LIGO/Virgo è stato pubblicato sulla rivista Physical Review Letters.
Questo confronto prima e dopo della galassia NGC 4993 mostra la posizione della fusione di stelle di neutroni nella luce ottica e nel vicino infrarosso che ha generato il segnale dell'onda gravitazionale GW170817. 1M2H/UC Santa Cruz e Carnegie Observatories/Ryan Foley "Questo rilevamento apre la finestra di una tanto attesa astronomia 'multi-messaggero', " ha detto David H. Reitze, direttore esecutivo del Laboratorio LIGO, in una dichiarazione.
"È la prima volta che osserviamo un evento astrofisico catastrofico sia nelle onde gravitazionali che nelle onde elettromagnetiche, i nostri messaggeri cosmici. L'astronomia delle onde gravitazionali offre nuove opportunità per comprendere le proprietà delle stelle di neutroni in modi che non possono essere raggiunti con astronomia elettromagnetica da sola, " Ha aggiunto.
A meno che non siano circondati da gas caldo, le fusioni di buchi neri non producono necessariamente radiazioni elettromagnetiche (come luce, raggi X e infrarossi), quindi, sebbene possano essere gli eventi più energetici nel nostro universo, non verranno rilevati dai telescopi convenzionali. Con le onde gravitazionali, però, gli scienziati hanno aperto una nuova finestra sul cosmo "oscuro", dandoci la capacità di "vedere" le increspature dello spaziotempo prodotte da questi potenti eventi. I rilevatori di onde gravitazionali utilizzano laser ultraprecisi che sparano lungo tunnel a forma di "L" lunghi chilometri per misurare la leggera deformazione spazio-temporale che le onde gravitazionali causano quando attraversano il nostro pianeta.
Rilevare le onde gravitazionali è una cosa, ma l'apice di qualsiasi studio astronomico è avere più osservatori che osservano lo stesso evento su più frequenze. E adesso, per la prima volta, le onde gravitazionali e onde elettromagnetiche dal stesso evento astrofisico sono stati registrati per rivelare una quantità impressionante di informazioni sulla collisione di stelle di neutroni.
"Questo rilevamento ha davvero aperto le porte a un nuovo modo di fare astrofisica, " ha detto Laura Cadonati, vice portavoce della collaborazione scientifica LIGO, nel rilascio. "Mi aspetto che sarà ricordato come uno degli eventi astrofisici più studiati della storia".
Attraverso l'analisi dei segnali LIGO e Virgo, i ricercatori potrebbero decifrare che due oggetti enormi, tra 1,1 e 1,6 volte la massa del nostro sole, erano rimasti intrappolati in un'orbita binaria e si erano intrecciati a spirale l'uno nell'altro, creando un "cinguettio" rivelatore di 100 secondi, un rapido aumento della frequenza delle onde gravitazionali tipico di una fusione.
Una mappa del cielo di localizzazione di tutti i segnali di onde gravitazionali confermati rilevati fino ad oggi. GW170814 e GW170817 hanno aree di incertezza molto più piccole delle altre rilevazioni. Questo perché anche la Vergine è stata aggiunta alla rete. LIGO/Virgo/NASA/Leo Singer (immagine della Via Lattea:Axel Mellinger) Dopo i buchi neri, le stelle di neutroni sono gli oggetti più densi dell'universo. Misurare le dimensioni approssimative di una città, questi oggetti possono essere più massicci del nostro sole. Infatti, Il materiale delle stelle di neutroni è così denso che un cucchiaino da tè avrà una massa di un miliardo di tonnellate. Sono i resti di stelle massicce esplose come supernove, quindi possiedono anche potenti campi magnetici e possono ruotare rapidamente, a volte generano potenti esplosioni di radiazioni dai loro poli, note come pulsar.
Quando questo segnale di onde gravitazionali - chiamato GW170817 - è stato rilevato, Gli scienziati di LIGO e Virgo sapevano che questa non era "solo un'altra" fusione di buchi neri; questi oggetti erano troppo piccoli per essere buchi neri e nel raggio di massa della stella di neutroni.
"Ci è sembrato immediatamente che la fonte fosse probabilmente stelle di neutroni, l'altra fonte ambita che speravamo di vedere - e promettendo il mondo che avremmo visto, " ha detto David Shoemaker, portavoce della Collaborazione Scientifica LIGO, in una dichiarazione. "Dall'informazione di modelli dettagliati del funzionamento interno delle stelle di neutroni e delle emissioni che producono, alla fisica più fondamentale come la relatività generale, questo evento è così ricco. È un dono che continuerà a fare».
Il Gamma-ray Burst Monitor sul telescopio spaziale Fermi della NASA ha anche rilevato un'esplosione di raggi gamma dalla posizione della sorgente dell'onda gravitazionale. Il segnale dell'onda gravitazionale e i raggi gamma colpiscono la Terra all'incirca nello stesso momento, confermando la teoria di Einstein che le onde gravitazionali viaggiano alla velocità della luce.
Inoltre, appena Fermi rilevò i raggi gamma, l'osservatorio spaziale europeo di raggi gamma INTEGRAL ha studiato il segnale, confermando che questo evento era un breve lampo di raggi gamma.
"Per decenni abbiamo sospettato che i brevi lampi di raggi gamma fossero alimentati da fusioni di stelle di neutroni, " ha detto Julie McEnery, Scienziato del progetto Fermi al Goddard Space Flight Center, in una dichiarazione. "Ora, con gli incredibili dati di LIGO e Virgo per questo evento, abbiamo la risposta. Le onde gravitazionali ci dicono che gli oggetti che si fondono avevano masse coerenti con le stelle di neutroni, e il lampo dei raggi gamma ci dice che è improbabile che gli oggetti siano buchi neri, poiché non si prevede che una collisione di buchi neri emani luce".
Teoricamente, quando due stelle di neutroni si scontrano, l'evento genera un'esplosione nota come "kilonova, "un'intensa palla di fuoco che espelle materiale surriscaldato dal punto di impatto e nello spazio circostante.
Gli astronomi sospettano che le kilonovae creino gli elementi più pesanti che si trovano in tutto il nostro universo, inclusi oro e piombo, quindi nella nostra ricerca per capire come questi elementi vengono seminati in tutto l'universo, gli astronomi hanno (letteralmente) scoperto una miniera d'oro scientifica.
L'Osservatorio Gemini degli Stati Uniti, l'European Very Large Telescope e l'Hubble Space Telescope hanno studiato le conseguenze della fusione delle stelle di neutroni e stanno già segnalando osservazioni di materiale di nuova creazione contenente le firme dell'oro e del platino. Si tratta quindi di un evento molto significativo che sta fornendo prove di come gli elementi pesanti vengono sintetizzati nelle galassie.
Questo evento ha fornito prove osservative di un assortimento di teorie, dal dimostrare che le stelle di neutroni lo fanno, infatti, scontrarsi, per evidenziare da dove provengono i metalli preziosi nel nostro universo.
Ma anche GW170817 ha creato il suo mistero.
La fusione di stelle di neutroni è avvenuta in una galassia a soli 130 milioni di anni luce di distanza (le fusioni di buchi neri precedentemente rilevate sono avvenute a miliardi di anni luce di distanza), tuttavia il segnale ricevuto da LIGO e Virgo era molto più debole del previsto. Gli scienziati non sono sicuri del perché, ma questo è solo l'inizio della nostra odissea di onde gravitazionali, quindi possiamo aspettarci molti più misteri e scoperte mentre le onde degli eventi energetici continuano a essere rilevate.
Ora è utileLa rete di onde gravitazionali crescerà ancora più forte una volta che gli osservatori in Giappone e India saranno online nei prossimi anni, portando il totale a cinque.
