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    Lo scontro con la stella di neutroni visto per la prima volta, trasforma la comprensione dell'Universo

    L'impressione di questo artista mostra due stelle di neutroni minuscole ma molto dense nel punto in cui si fondono ed esplodono come una chilonova. Si prevede che un evento così raro produca sia onde gravitazionali che un breve lampo di raggi gamma, entrambi osservati il ​​17 agosto 2017 rispettivamente da LIGO-Virgo e Fermi/INTEGRAL. Successive osservazioni dettagliate con molti telescopi dell'ESO hanno confermato che questo oggetto, visto nella galassia NGC 4993 a circa 130 milioni di anni luce dalla Terra, è davvero una kilonova. Tali oggetti sono la principale fonte di elementi chimici molto pesanti, come oro e platino, nell'universo. Credito:ESO/L. Calcada/M. Kornmesser

    Per la prima volta, gli scienziati hanno assistito allo schianto catastrofico di due stelle di neutroni ultra-dense in una galassia lontana, e ha concluso che tali impatti hanno forgiato almeno la metà dell'oro nell'Universo.

    Le onde d'urto e i lampi di luce della collisione hanno viaggiato per circa 130 milioni di anni luce per essere catturati dai rilevatori terrestri il 17 agosto, squadre entusiaste hanno rivelato alle conferenze stampa tenute in tutto il mondo lunedì come una dozzina di articoli scientifici correlati sono stati pubblicati nelle migliori riviste accademiche.

    "Abbiamo visto la storia svolgersi davanti ai nostri occhi:due stelle di neutroni avvicinarsi, più vicino... girando sempre più velocemente l'uno intorno all'altro, poi scontrandosi e spargendo detriti dappertutto, Lo ha detto all'AFP il co-scopritore Benoit Mours dell'istituto di ricerca francese CNRS.

    L'osservazione rivoluzionaria ha risolto una serie di enigmi di fisica e ha inviato ondate di eccitazione nella comunità scientifica.

    La maggior parte sbalorditiva per molti, i dati hanno finalmente rivelato dove gran parte dell'oro, platino, uranio, da cui provenivano il mercurio e altri elementi pesanti nell'Universo.

    I telescopi hanno visto tracce di materiale appena forgiato nella ricaduta, le squadre hanno detto, una fonte a lungo sospettata, ora confermato.

    "Rende abbastanza chiaro che una frazione significativa, forse la metà, forse di più, degli elementi pesanti nell'Universo sono effettivamente prodotti da questo tipo di collisione, " ha detto il fisico Patrick Sutton, un membro del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) con sede negli Stati Uniti che ha contribuito alla scoperta.

    Le stelle di neutroni sono condensate, nuclei bruciati che rimangono quando le stelle massicce esauriscono il carburante, saltare, e morire.

    Tipicamente circa 20 chilometri (12 miglia) di diametro, ma con più massa del Sole, sono altamente radioattivi e ultra-densi:una manciata di materiale da uno pesa quanto l'Everest.

    Un'immagine dello Swope Supernova Survey 2017a (o SSS17a) dalla notte della scoperta. Il 17 agosto un team di quattro astronomi della Carnegie ha fornito il primo assaggio in assoluto di due stelle di neutroni in collisione, aprendo le porte a una nuova era dell'astronomia. Credito:Tony Piro.

    'Troppo bello'

    Era stato teorizzato che le fusioni di due di questi corpi esotici avrebbero creato increspature nel tessuto dello spazio-tempo note come onde gravitazionali, così come lampi luminosi di radiazioni ad alta energia chiamati lampi di raggi gamma.

    Il 17 agosto rivelatori hanno assistito a entrambi i fenomeni, 1,7 secondi di distanza, proveniente dallo stesso punto nella costellazione dell'Idra.

    "Ci è stato chiaro in pochi minuti che avevamo un rilevamento binario di una stella di neutroni, " ha detto David Shoemaker, un altro membro di LIGO, che ha rilevatori a Livingston, Louisiana e Hanford, Washington.

    "I segnali erano troppo belli per essere altro che quello, " ha detto all'Afp.

    L'osservazione è stata il frutto di anni di lavoro di migliaia di scienziati in più di 70 osservatori terrestri e spaziali in tutti i continenti.

    Insieme a LIGO, includono squadre del rilevatore di onde gravitazionali Virgo in Italia in Europa, e un certo numero di telescopi terrestri e spaziali tra cui Hubble della NASA.

    "Questo evento segna un punto di svolta nell'astronomia osservativa e porterà a un tesoro di risultati scientifici, ", ha affermato Bangalore Sathyaprakash della Scuola di Fisica e Astronomia dell'Università di Cardiff, ricordando "il più emozionante della mia vita scientifica".

    "È tremendamente emozionante vivere un evento raro che trasforma la nostra comprensione del funzionamento dell'Universo, " ha aggiunto France Cordova, direttore della National Science Foundation che finanzia LIGO.

    Il rilevamento è un altro fiore all'occhiello per il fisico tedesco Albert Einstein, che per primo predisse le onde gravitazionali più di 100 anni fa.

    Il team dell'UC Santa Cruz ha trovato SSS17a confrontando una nuova immagine della galassia N4993 (a destra) con le immagini scattate quattro mesi prima dal telescopio spaziale Hubble (a sinistra). Le frecce indicano dove SSS17a era assente dall'immagine Hubble e visibile nella nuova immagine dello Swope Telescope. Credito:Crediti immagine:Sinistra, Hubble/STScI; Destra, 1M2H Team/UC Santa Cruz &Osservatori Carnegie/Ryan Foley

    Qualcosa di "fondamentale"

    Tre pionieri di LIGO, Barry Barish, Kip Thorne e Rainer Weiss, hanno ricevuto questo mese il Premio Nobel per la Fisica per l'osservazione delle onde gravitazionali, senza la quale l'ultima scoperta non sarebbe stata possibile.

    Le increspature sono state osservate quattro volte prima d'ora, la prima volta da LIGO nel settembre 2015. Tutte e quattro provenivano da fusioni di buchi neri, che sono ancora più violenti degli incidenti con stelle di neutroni, ma non emette luce.

    Il quinto e ultimo rilevamento è stato accompagnato da un lampo di raggi gamma che, secondo gli scienziati, proveniva da più vicino nell'Universo ed era meno luminoso del previsto.

    "Ciò che questo evento ci sta dicendo è che potrebbero esserci molti più di questi brevi lampi di raggi gamma che esplodono nelle vicinanze nell'Universo di quanto ci aspettassimo, " Ha detto Sutton:una prospettiva entusiasmante per gli scienziati che sperano di scoprire ulteriori segreti dell'Universo.

    Tra l'altro, si spera che i dati delle collisioni di stelle di neutroni consentiranno il calcolo definitivo della velocità con cui il cosmo si sta espandendo, che a sua volta ci dirà quanti anni ha e quanta materia contiene.

    "Con queste osservazioni non stiamo solo imparando cosa succede quando le stelle di neutroni si scontrano, stiamo anche imparando qualcosa di fondamentale sulla natura dell'Universo, ", ha affermato Julie McEnery del progetto del telescopio spaziale a raggi gamma Fermi.

    La stella di neutroni distrugge la "scoperta di una vita"

    "Davvero un momento eureka", "Tutto quello che ho sempre sperato", "Un sogno che si avvera"—Normalmente scienziati sobri hanno raggiunto le stelle lunedì per descrivere i sentimenti che accompagnano un evento "una volta nella vita".

    L'innesco di questa pioggia di meteore di superlativi è stata la distruzione di due stelle di neutroni inimmaginabilmente dense 130 milioni di anni fa.

    Le prove di questo scontro cosmico sfrecciarono nello spazio e raggiunsero la Terra il 17 agosto esattamente alle 12:41 GMT, mettendo in moto un segreto, insonne, settimane di guerra lampo di osservazione delle stelle e calcolo dei numeri che ha coinvolto centinaia di telescopi e migliaia di astronomi e astrofisici in tutto il mondo.

    Era come se una rete dormiente di super-spie entrasse simultaneamente in azione.

    Lo scontro stellare si è manifestato in due modi:ha creato increspature chiamate onde gravitazionali nel continuum spazio-temporale di Einstein, e illuminava l'intero spettro elettromagnetico della luce, dai raggi gamma alle onde radio.

    Gli scienziati avevano rilevato le onde gravitazionali quattro volte prima, un'impresa riconosciuta con un premio Nobel per la fisica all'inizio di questo mese.

    Ma ognuno di quegli eventi, generato dalla collisione di buchi neri, è durato pochi secondi, ed è rimasto invisibile ai telescopi terrestri e spaziali.

    La collisione con le stelle di neutroni era diversa.

    Ha generato onde gravitazionali, raccolte da due osservatori con sede negli Stati Uniti noti come LIGO, e un altro in Italia chiamato Virgo, che è durato un incredibile 100 secondi. Meno di due secondi dopo, un satellite della NASA ha registrato un'esplosione di raggi gamma.

    Concetto artistico della collisione esplosiva di due stelle di neutroni. Credito:Robin Dienel per gentile concessione del Carnegie Institution for Science.

    Un vero momento "eureka"

    Ciò scatenò una folle corsa per individuare quella che era quasi certamente l'unica fonte per entrambi.

    "È la prima volta che osserviamo un evento astrofisico catastrofico nelle onde gravitazionali ed elettromagnetiche, " ha dichiarato il direttore esecutivo di LIGO David Reitze, un professore al California Institute of Technology (Caltech) di Pasadena

    I calcoli iniziali avevano ristretto la zona a una porzione di cielo nell'emisfero australe che copre cinque o sei galassie, ma gli astronomi frustrati hanno dovuto aspettare il tramonto per continuare la ricerca.

    Finalmente, intorno alle 2200 GMT, un telescopio nel deserto settentrionale del Cile lo ha inchiodato:la fusione stellare era avvenuta in una galassia nota come NGC 4993.

    Stefano Smart, che ha condotto le osservazioni per il New Technology Telescope dell'Osservatorio spaziale europeo, è rimasto sbalordito quando lo spettro ha illuminato i suoi schermi. "Non avevo mai visto niente del genere, " ha ricordato.

    Gli scienziati di tutto il mondo sono rimasti sbalorditi.

    "Questo evento è stato davvero un momento eureka, " disse Bangalore Sathyaprakash, capo del gruppo di fisica gravitazionale dell'Università di Cardiff. "Le 12 ore che sono seguite sono senza dubbio le più emozionanti della mia vita scientifica".

    "Ci sono rare occasioni in cui uno scienziato ha la possibilità di assistere all'inizio di una nuova era:questa è una di queste volte, " disse Elena Pian, astronomo presso l'Istituto Nazionale di Astrofisica di Roma.

    Gli astronomi affiliati a LIGO al Caltech avevano passato decenni a prepararsi per l'occasione - calcolata a 80, Probabilità 000 a uno di assistere a una fusione di stelle di neutroni.

    Non dirlo ai tuoi amici

    "Quella mattina, tutti i nostri sogni si sono avverati, "ha detto Alan Weinstein, capo dell'analisi dei dati astrofisici per LIGO al Caltech.

    "Questa scoperta è stato tutto ciò che ho sempre sperato, racchiusi in un unico evento, "aggiunse Francesco Pannarale, un astrofisico dell'Università di Cardiff in Galles.

    Per questi e migliaia di altri scienziati, GW170817 - il tag del burst di stelle di neutroni - diventerà un "ti ricordi dov'eri?" tipo di momento.

    "Ero seduto sulla poltrona del mio dentista quando ho ricevuto il messaggio di testo, " disse Benoit Mous, un astrofisico presso il Centro nazionale di ricerca francese e il coordinatore francese per Virgo. "Mi sono alzato di scatto e sono corso al mio laboratorio."

    Patrick Sutton, capo del gruppo di fisica gravitazionale a Cardiff e membro del team LIGO, era bloccato su un autobus a lungo raggio, fatica a scaricare centinaia di email che affollano la sua casella di posta.

    Un confronto di immagini di Swope Supernova Survey 2017a (o SSS17a) dalla notte della scoperta, 17 agosto e quattro notti dopo, 21 agosto. Credito:Tony Piro.

    Le voci turbinavano all'interno e all'esterno della comunità astronomica mentre gli scienziati si affrettavano a preparare i risultati iniziali per la pubblicazione lunedì in una dozzina di articoli sparsi su diverse delle principali riviste mondiali.

    "Ci sono state parecchie pinte e bicchieri di vino o spumante, in privato, Certo, perché non ci è stato permesso di dirlo a nessuno, "Sutton ha detto all'Afp.

    Ma non ha potuto resistere a dire a suo figlio di 12 anni, un aspirante fisico.

    "Però ha giurato di mantenere il segreto. Non gli è permesso dirlo ai suoi amici."

    LIGO e Virgo:le macchine che svelano i misteri dell'universo

    Le tre macchine che hanno dato agli scienziati il ​​loro primo assaggio di onde gravitazionali risultanti da una collisione di stelle di neutroni sono i rivelatori più avanzati mai costruiti per rilevare minuscole vibrazioni nell'universo.

    I rivelatori LIGO e Virgo hanno precedentemente rilevato il "cinguettio" dei buchi neri che si fondono nell'universo distante, inviando increspature nel tessuto dello spazio e del tempo.

    La rilevazione di queste onde gravitazionali per la prima volta nel 2015 ha confermato la secolare teoria della relatività generale di Albert Einstein.

    I due rilevatori sotterranei con sede negli Stati Uniti sono noti come Osservatorio dell'onda gravitazionale dell'interferometro laser, o LIGO in breve.

    Uno si trova ad Hanford, Washington; l'altro 1, 800 miglia (3, 000 chilometri) di distanza a Livingston, Louisiana.

    La costruzione è iniziata nel 1999, e le osservazioni sono state effettuate dal 2001 al 2007.

    Quindi hanno subito un importante aggiornamento per renderli 10 volte più potenti.

    I rilevatori LIGO avanzati sono diventati pienamente operativi per la prima volta nel settembre 2015.

    Il 14 settembre, 2015, il rivelatore in Louisiana ha raccolto per primo il segnale di un'onda gravitazionale, originato 1,3 miliardi di anni fa nel cielo meridionale.

    Vergine

    Il terzo rilevatore sotterraneo è vicino a Pisa, Italia, ed è conosciuto come Vergine.

    Costruito un quarto di secolo fa da una partnership italo-francese, il rivelatore Virgo ha terminato il suo giro iniziale di osservazioni nel 2011 e poi ha subito un aggiornamento.

    Advanced Virgo è online nell'aprile di quest'anno, e fece la sua prima osservazione delle onde gravitazionali il 14 agosto, segnando il quarto evento del genere che gli scienziati hanno osservato dal 2015.

    La Vergine è meno sensibile di LIGO, ma avere tre rivelatori aiuta gli scienziati a concentrarsi sull'area dell'universo in cui si sta verificando un evento cosmico, e misurare la distanza con maggiore precisione.

    "Un'area di ricerca più piccola consente osservazioni di follow-up con telescopi e satelliti per eventi cosmici che producono onde gravitazionali ed emissioni di luce, come la collisione di stelle di neutroni, ", ha affermato la professoressa di Georgia Tech Laura Cadonati.

    Come funzionano

    Questi enormi interferometri laser, ciascuno lungo circa 2,5 miglia (quattro chilometri), sono sepolti sotto terra per consentire misurazioni più precise.

    Gli strumenti a forma di L tracciano le onde gravitazionali usando la fisica della luce laser e dello spazio.

    Non si basano sulla luce nei cieli come fa un telescopio.

    Piuttosto, percepiscono le vibrazioni nello spazio, un vantaggio che permette loro di scoprire le proprietà dei buchi neri e delle stelle di neutroni.

    "Come un'onda gravitazionale si propaga attraverso lo spazio si estende lo spazio-tempo, " ha spiegato David Shoemaker, capofila del progetto Advanced LIGO presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT).

    Il rivelatore, in breve, "è solo un grande dispositivo per trasformare la tensione nello spazio in un segnale elettrico."

    Un modo per immaginare la curvatura dello spazio e del tempo è immaginare una palla che cade su un trampolino.

    Il trampolino si inchina per primo verso il basso, allungando verticalmente il tessuto e accorciando i lati.

    Poi, mentre la palla rimbalza di nuovo verso l'alto, il movimento orizzontale del tessuto si espande nuovamente.

    Lo strumento si comporta come un trasduttore, cambiando quel ceppo in cambiamenti di luce e poi in un segnale elettronico in modo che gli scienziati possano digitalizzarlo e analizzarlo.

    "La luce del laser deve viaggiare nel vuoto in modo che non sia disturbata da tutte le fluttuazioni dell'aria, " disse Calzolaio, rilevando che LIGO contiene il "più grande sistema di alto vuoto al mondo, "—misura 1,2 metri (iarde) per 2,5 miglia (quattro chilometri) di lunghezza.

    I rivelatori contengono due bracci molto lunghi che contengono strumenti ottici per la luce inclinata, e sono posizionati come la lettera L.

    Se un braccio si accorcia, e l'altro si allunga, gli scienziati sanno che stanno vedendo un'onda gravitazionale.

    Per saperne di più: Cosa sono le stelle di neutroni?

    Per saperne di più: Onde gravitazionali:perché tutto questo?

    © 2017 AFP




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