Quando due stelle di neutroni si sono scontrate il 17 agosto, una ricerca diffusa di radiazioni elettromagnetiche dall'evento ha portato a osservazioni di luce dal bagliore dell'esplosione, finalmente collegando un evento che produce onde gravitazionali con l'astronomia convenzionale usando la luce, secondo un team internazionale di astronomi.

Precedenti rilevazioni di onde gravitazionali da parte di LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) e Virgo, un osservatorio europeo con sede a Pisa, Italia, sono stati causati dalla collisione di due buchi neri. Le collisioni di buchi neri in genere non dovrebbero provocare emissioni elettromagnetiche e nessuna è stata rilevata.

"Un quadro completo di fusioni di oggetti compatti, però, richiede il rilevamento di una controparte elettromagnetica, " i ricercatori riferiscono online oggi (16 ottobre) in Scienza .

Il rilevamento del 17 agosto di un'onda gravitazionale dalla collisione di due stelle di neutroni da parte di osservatori di onde gravitazionali negli Stati Uniti e in Europa ha avviato una rapida cascata di osservazioni da parte di una varietà di telescopi orbitanti e terrestri alla ricerca di una controparte elettromagnetica.

Due secondi dopo il rilevamento dell'onda gravitazionale, il monitor Gamma Ray Burst sulla navicella spaziale Fermi della NASA ha rilevato un breve lampo di raggi gamma nell'area di origine dell'onda gravitazionale.

Mentre lo Swift Gamma Ray Burst Explorer, un satellite della NASA in orbita terrestre bassa contenente tre strumenti, il Burst Alert Telescope, il telescopio a raggi X e il telescopio ottico/ultravioletto possono visualizzare un sesto del cielo alla volta, non ha visto il lampo di raggi gamma perché quella porzione di cielo non era allora visibile a Swift. Penn State è responsabile del Mission Operations Center per Swift in orbita attorno alla Terra ogni 96 minuti e può manovrare per osservare un bersaglio in appena 90 secondi.

Una volta che il team Swift conosceva l'area appropriata in cui cercare, ha messo in azione gli strumenti del satellite. Swift è particolarmente prezioso in questo tipo di eventi perché può riposizionarsi su un bersaglio molto rapidamente. In questo caso, il telescopio è stato riorientato circa 16 minuti dopo essere stato notificato da LIGO/Virgo, e cominciò a cercare una controparte elettromagnetica.

Inizialmente, a causa delle previsioni dei modelli teorici, i ricercatori pensavano che la radiazione elettromagnetica che avrebbero visto sarebbero stati i raggi X. Questo è il motivo per cui NuSTAR della NASA, (array di telescopi spettroscopici nucleari), che guarda i raggi X, anche cercato nel cielo per i segnali elettromagnetici. Né Swift né NuSTAR hanno rilevato raggi X.

"Per i lampi di raggi gamma, i modelli prevedono che si vedrebbe un'emissione precoce di raggi X, " disse Aaron Tohuvavohu, Operazioni scientifiche rapide e assistente di ricerca, Penn State. "Ma non c'era nessuno rilevabile da questo evento fino a 9 giorni dopo la fusione".

Anziché, Swift identificò un bagliore ultravioletto che svanì rapidamente.

"La prima emissione UV è stata inaspettata e molto eccitante, " Ha aggiunto Tohuvavohu.

I lampi di raggi gamma appaiono come un'esplosione direzionale di energia proveniente da stelle massicce collassate. Qualsiasi tipo di rivelatore deve trovarsi entro un certo arco del burst per vederlo. Il bagliore dell'esplosione, è tuttavia, più omnidirezionale.

"Qualunque cosa pensavamo sarebbe successo, non era quello che è successo davvero, " ha detto Jamie A Kennea, testa, Swift Science Operations team e professore associato di astronomia e astrofisica, Penn State. "Il prossimo evento di fusione stella di neutroni-stella di neutroni potrebbe sembrare molto diverso".

La combinazione dei dati sulla posizione delle varie osservazioni dell'evento ha presentato una buona stima di dove si trovavano le due stelle nell'universo.

"Swift ha piastrellato l'intero campo nell'area individuata e non ha trovato nient'altro che possa aver causato l'emissione, " ha detto Michael H. Siegel, professore associato di ricerca e capo del team del telescopio ottico ultravioletto, Penn State. "Siamo fiduciosi che questa sia la controparte dell'onda gravitazionale rilevata che ha visto LIGO".

La scoperta di Swift è spettacolare perché è associata a un evento di onde gravitazionali che rende questa fusione una vera e propria doppia stella di neutroni, disse Peter Mészáros, Eberly Cattedra di Astronomia e Astrofisica e professore di fisica, Penn State, che ha studiato a lungo i lampi di raggi gamma e le onde gravitazionali.

"La cosa sorprendente è che ora abbiamo solo emissioni ottiche ma non di raggi X, ", ha detto Mészáros. "In genere, una fusione stella di neutroni-stella di neutroni dovrebbe avere raggi X per lungo tempo con emissioni ottiche che si attenuano relativamente più velocemente. L'unica cosa che si può dedurre da questo, sulla base dei modelli che io e altri abbiamo sviluppato, è che il raggio di raggi X è più stretto e non è diretto verso di noi".

In questo caso, la fusione avrebbe prodotto raggi X, ma sarebbero stati puntati in una direzione lontana dalla Terra, impedendo a Swift e NuSTAR di rilevare le emissioni di raggi X iniziali.

Mészáros osserva che le onde gravitazionali sembravano provenire da oggetti di massa più piccola dei buchi neri, che indicava stelle di neutroni, e che le emissioni elettromagnetiche correlate separatamente all'evento forniscono due modi per dimostrare che si tratta di una fusione di stelle di neutroni.

La collisione stella di neutroni-stella di neutroni è avvenuta a 130 milioni di anni luce di distanza in un'altra galassia. Un anno luce è la distanza che la luce può percorrere in un anno, che è quasi 6 trilioni di miglia.

Secondo i ricercatori, questo evento era vicino al nostro sistema solare per gli standard astronomici. Le collisioni buco nero-buco nero originariamente rilevate da LIGO, in contrasto, erano lontani miliardi di anni luce.

"Una collisione stella di neutroni-stella di neutroni era la nostra migliore speranza per una firma elettromagnetica, " ha detto Kennea. "Ma è ancora sorprendente che ne abbiamo ottenuto uno durante la nostra prima collisione stella di neutroni-stella di neutroni".