L'anno scorso, la prima rilevazione di onde gravitazionali legate a un lampo di raggi gamma ha innescato una vasta campagna di follow-up con telescopi terrestri e spaziali per studiare le conseguenze della fusione di stelle di neutroni che ha dato origine all'esplosione. Le osservazioni XMM-Newton dell'ESA, ottenuta pochi mesi dopo la scoperta, colto il momento in cui la sua emissione di raggi X ha smesso di aumentare, aprendo nuovi interrogativi sulla natura di questa peculiare fonte.

Onde gravitazionali, predetto dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein nel 1918, sono increspature nel tessuto dello spaziotempo causate dall'accelerazione di oggetti massicci come coppie di stelle di neutroni o buchi neri che si scontrano.

Queste fluttuazioni, che rimase inafferrabile per un secolo dopo la previsione, può ora essere rilevato utilizzando giganteschi esperimenti a terra come il Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) negli Stati Uniti e l'interferometro Virgo in Europa.

Dopo un rilevamento di onde gravitazionali, gli scienziati mobilitano un gran numero di strutture astronomiche terrestri e spaziali per cercare una possibile controparte delle onde attraverso lo spettro elettromagnetico e saperne di più sulla loro fonte.

Tutti tranne uno dei sei eventi di onde gravitazionali che sono stati osservati dal 2015 non avevano prove di una controparte elettromagnetica, in accordo con il fatto che hanno avuto origine dalla fusione dei buchi neri, un fenomeno cosmico che non dovrebbe rilasciare alcuna luce.

Ecco perché la prima rilevazione delle onde gravitazionali congiuntamente ai raggi gamma, il 17 agosto 2017, ha suscitato scalpore in tutto il mondo, lanciando una campagna di osservazione che ha coinvolto osservatori in tutto il mondo e nello spazio per seguire l'evoluzione di questo fenomeno mai visto prima.

I satelliti a raggi gamma INTEGRAL dell'ESA e Fermi della NASA avevano rilevato l'esplosione solo due secondi dopo che le sue onde gravitazionali erano passate attraverso i rilevatori LIGO e Virgo, collegando il lampo gamma alla sorgente delle increspature dello spaziotempo, causato dalla coalescenza di due stelle di neutroni - resti densi che si formano alla fine della vita di una stella massiccia.

Gli scienziati hanno quindi cercato il bagliore residuo dell'esplosione creata dalla fusione di stelle di neutroni, che si aspettavano di osservare a lunghezze d'onda maggiori, dai raggi X alle onde radio. Mentre il segnale ottico è stato ricevuto circa mezza giornata dopo il rilevamento originale, ci sono voluti non meno di nove giorni per le prime osservazioni di questo oggetto a raggi X e onde radio.

Il ritardo dei raggi X e del bagliore radiofonico contiene informazioni sulla geometria dell'esplosione, suggerendo che potrebbe aver generato due getti simmetrici e collimati, nessuno dei quali, però, puntato verso la Terra.

Le osservazioni a raggi X sono state eseguite con l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e altri telescopi spaziali. Chandra tenne d'occhio questa fonte nei mesi successivi, registrando una tendenza sempre crescente nella sua luminosità dei raggi X.

A causa dei vincoli osservativi, XMM-Newton non ha potuto osservare le conseguenze di questo scontro cosmico per i primi quattro mesi dopo il suo primo rilevamento. Quando alla fine lo fece, il 29 dicembre 2017, la luminosità dei raggi X sembrava aver smesso di aumentare.

"Le osservazioni XMM-Newton hanno avuto un ottimo tempismo, " spiega Paolo D'Avanzo dell'INAF – Osservatorio Astronomico di Brera, Italia.

D'Avanzo è l'autore principale del documento che riporta i risultati, pubblicato questo mese su Astronomy &Astrophysics.

"Misurando lo stesso valore visto da Chandra all'inizio di quel mese, XMM-Newton ha fornito la prima prova che la sorgente aveva raggiunto il suo picco di raggi X, e che il suo incessante splendore si era finalmente fermato, " aggiunge. "Questo è stato successivamente confermato da un altro team di scienziati che continuano a monitorare la fonte con Chandra".

Gli scienziati si aspettavano che la luminosità dei raggi X raggiungesse un picco dopo pochi mesi, mentre il materiale che era stato espulso e riscaldato dall'esplosione decelerava lentamente nel mezzo interstellare circostante. L'ulteriore evoluzione del sistema, però, potrebbe ancora riservare qualche sorpresa.

Se l'esplosione ha prodotto due getti simmetrici che non puntano verso la Terra, come si evince dalle prime osservazioni, la sua emissione di raggi X diminuirà rapidamente.

Ma c'è un'altra possibilità che potrebbe spiegare i dati ottenuti finora:l'esplosione potrebbe essere avvenuta anche come una 'palla di fuoco' sferica, senza getti, ma con un'energia molto più bassa. In questo caso, la luminosità dei raggi X diminuirebbe a un ritmo più lento dopo il picco.

"Siamo ansiosi di vedere come si comporterà questa fonte nei prossimi mesi, poiché ci dirà se stiamo guardando fuori asse un lampo di raggi gamma irradiato, come pensavamo fino ad ora, o assistere a un fenomeno diverso, "dice D'Avanzo.

"Questa osservazione casualmente tempestiva ci sta portando un passo avanti verso la comprensione della natura di questa fonte unica, "dice Norbert Schartel, XMM-Newton Project Scientist presso l'ESA.

In quello che gli scienziati chiamano un approccio multi-messaggero, le osservazioni su tutto lo spettro elettromagnetico sono fondamentali per studiare a fondo questa e simili sorgenti di onde gravitazionali che verranno scoperte nei prossimi anni da LIGO e Virgo.

I due esperimenti sulle onde gravitazionali riprenderanno le loro osservazioni, con una maggiore sensibilità, all'inizio del 2019, mentre la futura missione dell'ESA, LISA, l'antenna spaziale dell'interferometro laser, che osserverà onde gravitazionali a frequenza più bassa dallo spazio, è previsto per il lancio nel 2034.