Sono passati tre anni dal rilevamento punto di riferimento di una fusione di stelle di neutroni dalle onde gravitazionali. E da quel giorno, un team internazionale di ricercatori guidati dall'astronoma dell'Università del Maryland Eleonora Troja ha monitorato continuamente le successive emissioni di radiazioni per fornire il quadro più completo di un tale evento.

La loro analisi fornisce possibili spiegazioni per i raggi X che hanno continuato a irradiarsi dalla collisione molto tempo dopo che i modelli avevano previsto che si sarebbero fermati. Lo studio rivela anche che agli attuali modelli di stelle di neutroni e collisioni di corpi compatti mancano informazioni importanti. La ricerca è stata pubblicata il 12 ottobre 2020, nel diario Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .

"Stiamo entrando in una nuova fase nella nostra comprensione delle stelle di neutroni, " disse Troia, uno scienziato ricercatore associato presso il Dipartimento di Astronomia dell'UMD e autore principale dell'articolo. "Non sappiamo davvero cosa aspettarci da questo punto in avanti, perché tutti i nostri modelli non prevedevano raggi X e siamo rimasti sorpresi di vederli 1, 000 giorni dopo il rilevamento dell'evento di collisione. Potrebbero volerci anni per scoprire la risposta a quello che sta succedendo, ma la nostra ricerca apre le porte a molte possibilità.

La fusione di stelle di neutroni studiata dal team di Troja - GW170817 - è stata identificata per la prima volta dalle onde gravitazionali rilevate dall'Osservatorio di onde gravitazionali dell'interferometro laser e dalla sua controparte Virgo il 17 agosto. 2017. In poche ore, telescopi di tutto il mondo hanno iniziato ad osservare le radiazioni elettromagnetiche, compresi i raggi gamma e la luce emessa dall'esplosione. È stata la prima e unica volta che gli astronomi sono stati in grado di osservare la radiazione associata alle onde gravitazionali, sebbene sapessero da tempo che tale radiazione si verifica. Tutte le altre onde gravitazionali osservate fino ad oggi hanno avuto origine da eventi troppo deboli e troppo lontani perché la radiazione possa essere rilevata dalla Terra.

Secondi dopo il rilevamento di GW170817, gli scienziati hanno registrato il getto di energia iniziale, noto come lampo di raggi gamma, poi la kilonova più lenta, una nuvola di gas che esplose dietro il getto iniziale. La luce della kilonova è durata circa tre settimane e poi è svanita. Nel frattempo, nove giorni dopo che l'onda gravitazionale è stata rilevata per la prima volta, i telescopi hanno osservato qualcosa che non avevano mai visto prima:i raggi X. I modelli scientifici basati sull'astrofisica nota prevedevano che quando il getto iniziale di una collisione di una stella di neutroni si muove attraverso lo spazio interstellare, crea la propria onda d'urto, che emette raggi X, onde radio e luce. Questo è noto come postluminescenza. Ma un tale bagliore non era mai stato osservato prima. In questo caso, il bagliore residuo ha raggiunto il picco circa 160 giorni dopo che le onde gravitazionali sono state rilevate e poi è svanito rapidamente. Ma i raggi X sono rimasti. Sono stati osservati per l'ultima volta dall'Osservatorio a raggi X Chandra due anni e mezzo dopo la prima rilevazione di GW170817.

Il nuovo documento di ricerca suggerisce alcune possibili spiegazioni per le emissioni di raggi X di lunga durata. Una possibilità è che questi raggi X rappresentino una caratteristica completamente nuova del bagliore residuo di una collisione, e la dinamica di un lampo di raggi gamma è in qualche modo diversa dal previsto.

"Avere una collisione così vicina a noi che è visibile apre una finestra sull'intero processo a cui raramente abbiamo accesso, " disse Troia, che è anche ricercatore presso il Goddard Space Flight Center della NASA. "It may be there are physical processes we have not included in our models because they're not relevant in the earlier stages that we are more familiar with, when the jets form."

Another possibility is that the kilonova and the expanding gas cloud behind the initial jet of radiation may have created their own shock wave that took longer to reach Earth.

"We saw the kilonova, so we know this gas cloud is there, and the X-rays from its shock wave may just be reaching us, " said Geoffrey Ryan, a postdoctoral associate in the UMD Department of Astronomy and a co-author of the study. "But we need more data to understand if that's what we're seeing. If it is, it may give us a new tool, a signature of these events that we haven't recognized before. That may help us find neutron star collisions in previous records of X-ray radiation."

A third possibility is that something may have been left behind after the collision, perhaps the remnant of an X-ray emitting neutron star.

Much more analysis is needed before researchers can confirm exactly where the lingering X-rays came from. Some answers may come in December 2020, when the telescopes will once again be aimed at the source of GW170817. (The last observation was in February, 2020.)

"This may be the last breath of an historical source or the beginning of a new story, in which the signal brightens up again in the future and may remain visible for decades or even centuries, " Troja said. "Whatever happens, this event is changing what we know about neutron star mergers and rewriting our models."