Il 17 agosto 2017, deboli increspature nel tessuto dello spazio-tempo note come onde gravitazionali si sono riversate sulla Terra. A differenza delle onde gravitazionali rilevate in precedenza, questi erano accompagnati dalla luce, permettendo agli astronomi di individuare la fonte. Il telescopio spaziale Hubble della NASA ha rivolto il suo sguardo potente al nuovo faro, ottenendo sia immagini che spettri. I dati risultanti aiuteranno a rivelare i dettagli della collisione titanica che ha creato le onde gravitazionali, e le sue conseguenze.

Il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ha rilevato onde gravitazionali alle 8:41 EDT del 17 agosto. Due secondi dopo, Il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA ha misurato un breve impulso di raggi gamma noto come lampo di raggi gamma. Molti osservatori, compresi i telescopi spaziali, sondato la posizione sospetta della fonte, e nel giro di circa 12 ore diversi avvistarono la loro preda.

In una lontana galassia chiamata NGC 4993, a circa 130 milioni di anni luce dalla Terra, un punto di luce splendeva dove prima non c'era niente. Era circa mille volte più luminoso di una varietà di brillamenti stellari chiamati nova, inserendolo in una classe di oggetti che gli astronomi chiamano "kilonovae". È anche sbiadito notevolmente in sei giorni di osservazioni di Hubble.

"Questa sembra essere la tripletta che la comunità astronomica stava aspettando:onde gravitazionali, un lampo di raggi gamma e una kilonova accadono tutti insieme, " disse Ori Fox, dello Space Telescope Science Institute di Baltimora.

La fonte di tutti e tre è stata la collisione di due stelle di neutroni, i resti invecchiati di un sistema stellare binario. Una stella di neutroni si forma quando il nucleo di una stella massiccia morente collassa, un processo così violento da schiacciare insieme protoni ed elettroni per formare particelle subatomiche chiamate neutroni. Il risultato è come un gigantesco nucleo atomico, stipare il valore di diversi Soli in una palla di poche miglia di diametro.

In NGC 4993, due stelle di neutroni una volta giravano a spirale l'una intorno all'altra a velocità accecante. Mentre si avvicinavano, giravano ancora più veloci, gira veloce come un frullatore verso la fine. Potenti forze di marea hanno strappato enormi pezzi mentre il resto si è scontrato e si è fuso, formando una stella di neutroni più grande o forse un buco nero. Avanzi vomitati nello spazio. Liberato dalla pressione schiacciante, i neutroni si sono trasformati in protoni ed elettroni, formando una varietà di elementi chimici più pesanti del ferro.

"Pensiamo che le collisioni di stelle di neutroni siano una fonte di tutti i tipi di elementi pesanti, dall'oro dei nostri gioielli al plutonio che alimenta le navicelle spaziali, centrali elettriche e bombe, " ha detto Andy Fruchter, dello Space Telescope Science Institute.

Diversi team di scienziati stanno utilizzando la suite di telecamere e spettrografi di Hubble per studiare la sorgente delle onde gravitazionali. Fruchter, Fox e i loro colleghi hanno utilizzato Hubble per ottenere uno spettro dell'oggetto alla luce infrarossa. Dividendo la luce della sorgente in uno spettro arcobaleno, gli astronomi possono sondare gli elementi chimici presenti. Lo spettro ha mostrato diversi ampi dossi e oscillazioni che segnalano la formazione di alcuni degli elementi più pesanti in natura.

"Lo spettro sembrava esattamente come i fisici teorici avevano previsto l'esito della fusione di due stelle di neutroni. Legava questo oggetto alla sorgente di onde gravitazionali oltre ogni ragionevole dubbio, ", ha affermato Andrew Levan dell'Università di Warwick a Coventry, Inghilterra, che ha guidato una delle proposte per le osservazioni spettrali di Hubble. Ulteriori osservazioni spettrali sono state condotte da NialTanvir dell'Università di Leicester, Inghilterra.

Le linee spettrali possono essere utilizzate come impronte digitali per identificare i singoli elementi. Però, questo spettro si sta rivelando una sfida da interpretare.

"Oltre al fatto che due stelle di neutroni hanno lanciato molta materia nello spazio, non siamo ancora sicuri di cos'altro ci sta dicendo lo spettro, " ha spiegato Fruchter. "Poiché il materiale si muove così velocemente, le righe spettrali sono sfumate. Anche, ci sono tutti i tipi di isotopi insoliti, molti dei quali sono di breve durata e subiscono un decadimento radioattivo. La buona notizia è che è uno spettro squisito, quindi abbiamo molti dati con cui lavorare e analizzare."

Hubble ha anche rilevato luce visibile dall'evento che è gradualmente svanita nel corso di diversi giorni. Gli astronomi credono che questa luce provenga da un potente "vento" di materiale che accelera verso l'esterno. Queste osservazioni suggeriscono che gli astronomi hanno visto la collisione da sopra il piano orbitale delle stelle di neutroni. Se visto di lato (lungo il piano orbitale), la materia espulsa durante la fusione avrebbe oscurato la luce visibile e solo la luce infrarossa sarebbe stata visibile.

"Ciò che vediamo da una kilonova potrebbe dipendere dal nostro angolo di visione. Lo stesso tipo di evento apparirebbe diverso a seconda che lo guardiamo di fronte o di fronte, che è stata per noi una totale sorpresa, " ha detto Eleonora Troja dell'Università del Maryland, Parco dell'università, e il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. Troja è anche un investigatore principale di una squadra che utilizza le osservazioni di Hubble per studiare l'oggetto.

La sorgente dell'onda gravitazionale ora è troppo vicina al Sole nel cielo perché Hubble e altri osservatori possano studiarla. Tornerà in vista a novembre. Fino ad allora, gli astronomi lavoreranno diligentemente per imparare tutto il possibile su questo evento unico.

Il lancio del James Webb Space Telescope della NASA offrirà anche l'opportunità di esaminare la luce infrarossa dalla sorgente, se quel bagliore dovesse rimanere rilevabile nei mesi e negli anni a venire.