Illustrazione della collisione di stelle di neutroni che ha creato il segnale GW170817 NASA/CXC/Trinity University/D. Poole et al. Illustrazione:NASA/CXC/M.Weiss

Quando due stelle di neutroni si scontrano e si fondono, che cosa ottieni? Una stella di neutroni più robusta o un minuscolo buco nero? Un documento del maggio 2018 che esamina la storica collisione di stelle di neutroni dello scorso anno suggerisce quest'ultimo.

Il 17 agosto 2017, il Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) con sede negli Stati Uniti e l'italiano Virgo Gravitational Wave Observatory hanno rilevato quello che è probabilmente il evento astronomico più significativo dei tempi moderni :uno scontro con una stella di neutroni. Questo scontro ha creato un segnale di onde gravitazionali chiamato GW170817. A differenza della manciata di segnali di onde gravitazionali che l'hanno preceduta, GW170817 non è stato generato da un buco nero in fusione.

Tre osservatori di onde gravitazionali (le due stazioni LIGO a Washington e Louisiana, più il singolo rilevatore Virgo) ha rilevato il segnale in concerto, così gli scienziati sono stati in grado di triangolare la posizione approssimativa nel cielo da cui proveniva il segnale dell'onda gravitazionale. Quindi, più o meno nello stesso momento, Il telescopio spaziale Fermi della NASA ha rilevato un breve lampo di raggi gamma (GRB) in quella porzione di cielo. Gli scienziati avevano teorizzato che tali esplosioni fossero innescate dalla collisione di due stelle di neutroni, e attraverso l'analisi di GW170817, hanno confermato lo scenario di fusione delle stelle di neutroni.

Gli astronomi hanno fatto molte scoperte scientifiche sulla scia di questo evento astronomico, ma GW170817 continua a dare. Con l'aiuto del telescopio spaziale Chandra della NASA, che ha continuato a studiare il sito della fusione delle stelle di neutroni nei giorni, settimane e mesi dopo, gli astronomi ora pensano che la fusione di stelle di neutroni abbia dato vita a un piccolo buco nero. E non l'abbiamo mai visto prima.

Dagli studi LIGO, gli astronomi avevano già un'idea abbastanza precisa della massa delle stelle di neutroni in collisione e della massa dell'oggetto che avrebbero dovuto produrre dopo la collisione. Secondo le loro stime, l'oggetto unito avrebbe una massa di circa 2,7 volte quella del nostro sole. Questa è una massa interessante in quanto è proprio sul bordo dell'essere la stella di neutroni più massiccia o il buco nero di massa più bassa mai scoperto. Per capire se l'evento ha creato una stella di neutroni mostruosa o un minuscolo buco nero, gli astronomi avevano bisogno di studiare i raggi X generati, ed è qui che Chandra ha aiutato.

"Mentre le stelle di neutroni e i buchi neri sono misteriosi, ne abbiamo studiati molti in tutto l'Universo usando telescopi come Chandra, " ha detto Dave Pooley della Trinity University di San Antonio, Texas, che ha condotto lo studio. "Ciò significa che abbiamo sia dati che teorie su come ci aspettiamo che tali oggetti si comportino nei raggi X".

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Se la collisione di una stella di neutroni ha creato una stella di neutroni più massiccia, quell'oggetto avrebbe ruotato rapidamente e avrebbe posseduto un immenso campo magnetico. In questa situazione, l'oggetto sarebbe eruttato con una bolla potente e in espansione di particelle ad alta energia che avrebbe, a sua volta, generato emissioni di raggi X estreme. Ma secondo le osservazioni di Chandra, il segnale a raggi X era centinaia di volte più debole di quanto ci si sarebbe aspettato. Attraverso un semplice processo di eliminazione questo significa che probabilmente non c'è affatto una stella di neutroni in rapida rotazione lì, ed è più probabile che si sia formato invece un buco nero.

"Potremmo aver risposto a una delle domande più basilari su questo evento abbagliante:cosa ha fatto?" ha affermato il coautore Pawan Kumar dell'Università del Texas ad Austin, in una dichiarazione. "Gli astronomi sospettavano da tempo che le fusioni di stelle di neutroni avrebbero formato un buco nero e avrebbero prodotto esplosioni di radiazioni, ma fino ad ora ci mancava un forte motivo per farlo".

Considerando che i buchi neri più piccoli scoperti fino ad oggi sono circa quattro o cinque volte la massa del nostro sole, questo buco nero appena nato è probabilmente un record come il più piccolo buco nero conosciuto. E gli astronomi ne hanno assistito alla nascita. Le osservazioni continueranno e se il segnale a raggi X continuerà a indebolirsi nei prossimi mesi e anni, la probabilità che questo sia un buco nero continuerà a rafforzarsi.

Ora è interessante

Questo è stato il primo esempio di "astronomia multi-messaggero, " dove il segnale dell'onda gravitazionale e il segnale elettromagnetico (il GRB) sono stati combinati per studiare lo stesso evento astronomico. È il Santo Graal per la scienza dove possiamo sondare direttamente la collisione delle stelle di neutroni E misurare il GRB che hanno prodotto, e questo è ciò che ha reso l'evento così significativo.