Tre mesi di osservazioni con il Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) della National Science Foundation hanno permesso agli astronomi di individuare la spiegazione più probabile per ciò che è accaduto all'indomani della violenta collisione di una coppia di stelle di neutroni in una galassia 130 milioni di anni luce dalla Terra. Ciò che hanno appreso significa che gli astronomi saranno in grado di vedere e studiare molte più collisioni di questo tipo.

Il 17 agosto 2017, gli osservatori di onde gravitazionali LIGO e VIRGO si sono combinati per localizzare le deboli increspature nello spaziotempo causate dalla fusione di due stelle di neutroni superdense. È stata la prima rilevazione confermata di una tale fusione e solo la quinta rilevazione diretta di onde gravitazionali, predetto più di un secolo fa da Albert Einstein.

Le onde gravitazionali sono state seguite da esplosioni di raggi gamma, raggi X, e luce visibile dall'evento. Il VLA ha rilevato le prime onde radio provenienti dall'evento del 2 settembre. Questa è stata la prima volta che un oggetto astronomico è stato visto sia con onde gravitazionali che con onde elettromagnetiche.

La tempistica e la forza della radiazione elettromagnetica a diverse lunghezze d'onda hanno fornito agli scienziati indizi sulla natura dei fenomeni creati dalla collisione iniziale tra stelle di neutroni. Prima dell'evento di agosto, i teorici avevano proposto diverse idee - modelli teorici - su questi fenomeni. Essendo la prima collisione di questo tipo ad essere identificata positivamente, l'evento di agosto ha fornito la prima opportunità di confrontare le previsioni dei modelli con le osservazioni effettive.

Astronomi che usano il VLA, insieme all'Australia Telescope Compact Array e al Giant Metrewave Radio Telescope in India, osservato regolarmente l'oggetto da settembre in poi. I radiotelescopi hanno mostrato che l'emissione radio aumentava costantemente. Basato su questo, gli astronomi hanno identificato lo scenario più probabile per le conseguenze della fusione.

"Il graduale schiarimento del segnale radio indica che stiamo assistendo a un deflusso grandangolare di materiale, viaggiando a velocità paragonabili a quella della luce, dalla fusione di stelle di neutroni, " disse Kunal Mooley, ora un National Radio Astronomy Observatory (NRAO) Jansky Postdoctoral Fellow ospitato da Caltech.

Le misurazioni osservate stanno aiutando gli astronomi a capire la sequenza di eventi innescati dalla collisione delle stelle di neutroni.

La fusione iniziale dei due oggetti superdensi ha causato un'esplosione, chiamato kilonova, che spingeva verso l'esterno un guscio sferico di detriti. Le stelle di neutroni collassarono in un residuo, forse un buco nero, la cui potente gravità iniziò a trascinare del materiale verso di sé. Quel materiale formava un disco in rapida rotazione che generava un paio di strette, getti superveloci di materiale che fuoriescono dai suoi poli.

Se uno dei getti fosse puntato direttamente verso la Terra, avremmo visto un lampo gamma di breve durata, come molti visti prima, hanno detto gli scienziati.

"Evidentemente non era così, " ha detto Mooley.

Alcune delle prime misurazioni dell'evento di agosto hanno suggerito invece che uno dei getti potrebbe essere stato puntato leggermente lontano dalla Terra. Questo modello spiegherebbe il fatto che l'emissione radio e di raggi X è stata osservata solo qualche tempo dopo la collisione.

"Quel semplice modello - di un jet senza struttura (un cosiddetto jet a cilindro) visto fuori asse - farebbe sì che l'emissione radio e di raggi X si indebolisse lentamente. Mentre guardavamo l'emissione radio rafforzarsi, ci siamo resi conto che la spiegazione richiedeva un modello diverso, " disse Alessandra Corsi, della Texas Tech University.

Gli astronomi hanno guardato a un modello pubblicato in ottobre da Mansi Kasliwal di Caltech, e colleghi, e ulteriormente sviluppato da Ore Gottlieb, dell'Università di Tel Aviv, e i suoi colleghi. In quel modello, il getto non esce dalla sfera dei detriti dell'esplosione. Anziché, raccoglie il materiale circostante mentre si sposta verso l'esterno, producendo un ampio "bozzolo" che assorbe l'energia del getto.

Gli astronomi hanno favorito questo scenario in base alle informazioni raccolte utilizzando i radiotelescopi. Subito dopo le prime osservazioni del sito di fusione, il viaggio annuale della Terra intorno al Sole ha posizionato l'oggetto troppo vicino al Sole nel cielo per essere osservato dai telescopi a raggi X e luce visibile. Per settimane, i radiotelescopi erano l'unico modo per continuare a raccogliere dati sull'evento.

"Se le onde radio e i raggi X provengono entrambi da un bozzolo in espansione, ci siamo resi conto che le nostre misurazioni radio significavano che, quando l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA ha potuto osservare ancora una volta, troverebbe i raggi X, come le onde radio, era aumentato di forza, " disse Corsi.

Mooley e i suoi colleghi hanno pubblicato un documento con le loro misurazioni radio, il loro scenario preferito per l'evento, e questa previsione online il 30 novembre. Chandra doveva osservare l'oggetto il 2 e il 6 dicembre.

"Il 7 dicembre sono usciti i risultati di Chandra, e l'emissione di raggi X si era illuminata proprio come avevamo previsto, " ha detto Gregg Hallinan, di Caltech.

"L'accordo tra i dati radio e i raggi X suggerisce che i raggi X provengano dallo stesso deflusso che sta producendo le onde radio, " ha detto Mooley.

"È stato molto emozionante vedere confermata la nostra previsione, " ha detto Hallinan. Ha aggiunto, "Un'importante implicazione del modello del bozzolo è che dovremmo essere in grado di vedere molte di più di queste collisioni rilevando il loro campo elettromagnetico, non solo la loro gravità, onde."

Mooley, Hallinan, corsi, e i loro colleghi hanno riportato le loro scoperte sulla rivista scientifica Natura .