La spettacolare fusione di due stelle di neutroni che ha generato onde gravitazionali annunciata lo scorso autunno probabilmente ha fatto qualcos'altro:ha dato vita a un buco nero. Questo buco nero appena generato sarebbe il buco nero di massa più bassa mai trovato.

Un nuovo studio ha analizzato i dati dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA presi nei giorni, settimane, e mesi dopo il rilevamento delle onde gravitazionali da parte del Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) e dei raggi gamma dalla missione Fermi della NASA il 17 agosto, 2017.

Mentre quasi tutti i telescopi a disposizione degli astronomi professionisti osservavano questa fonte, conosciuto ufficialmente come GW170817, I raggi X di Chandra sono fondamentali per capire cosa è successo dopo che le due stelle di neutroni si sono scontrate.

Dai dati LIGO gli astronomi hanno una buona stima che la massa dell'oggetto risultante dalla fusione delle stelle di neutroni sia circa 2,7 volte la massa del Sole. Questo lo mette su una corda tesa di identità, il che implica che sia la stella di neutroni più massiccia mai trovata o il buco nero di massa più bassa mai trovato. I precedenti detentori del record per quest'ultimo sono non meno di circa quattro o cinque volte la massa del Sole.

"Mentre le stelle di neutroni e i buchi neri sono misteriosi, ne abbiamo studiati molti in tutto l'universo usando telescopi come Chandra, " ha detto Dave Pooley della Trinity University di San Antonio, Texas, che ha condotto lo studio. "Ciò significa che abbiamo sia dati che teorie su come ci aspettiamo che tali oggetti si comportino nei raggi X".

Le osservazioni di Chandra stanno dicendo, non solo per quello che hanno rivelato, ma anche per quello che non hanno fatto. Se le stelle di neutroni si fondessero e formassero una stella di neutroni più pesante, quindi gli astronomi si aspetterebbero che ruoti rapidamente e generi un campo magnetico molto forte. Questo, a sua volta, avrebbe creato una bolla in espansione di particelle ad alta energia che avrebbe provocato una brillante emissione di raggi X. Anziché, i dati di Chandra mostrano livelli di raggi X che sono un fattore da poche a diverse centinaia di volte inferiori al previsto per una rotazione rapida, stella di neutroni fusa e la bolla associata di particelle ad alta energia, implicando un buco nero probabilmente formato invece.

Se confermato, questo risultato mostra che una ricetta per creare un buco nero a volte può essere complicata. Nel caso di GW170817, sarebbero state necessarie due esplosioni di supernova che lasciassero dietro di sé due stelle di neutroni in un'orbita sufficientemente stretta perché la radiazione dell'onda gravitazionale potesse avvicinare le stelle di neutroni.

"Potremmo aver risposto a una delle domande più basilari su questo evento abbagliante:cosa ha fatto?" ha detto il co-autore Pawan Kumar dell'Università del Texas ad Austin. "Gli astronomi sospettavano da tempo che le fusioni di stelle di neutroni avrebbero formato un buco nero e avrebbero prodotto esplosioni di radiazioni, ma fino ad ora ci mancava un forte motivo per farlo".

Un'osservazione di Chandra due o tre giorni dopo l'evento non è riuscita a rilevare una fonte, ma successive osservazioni 9, 15 e 16 giorni dopo l'evento, portato a rilevamenti. La sorgente andò dietro il Sole subito dopo, ma un ulteriore schiarimento è stato visto nelle osservazioni di Chandra circa 110 giorni dopo l'evento, seguita da un'intensità radiografica comparabile dopo circa 160 giorni.

Confrontando le osservazioni di Chandra con quelle del Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) della NSF, Pooley e collaboratori spiegano che l'emissione di raggi X osservata è dovuta interamente all'onda d'urto, simile a un boom sonico di un aereo supersonico, dalla fusione che si schianta contro il gas circostante. Non c'è alcun segno di raggi X derivanti da una stella di neutroni.

Le affermazioni del team di Pooley possono essere testate da future osservazioni a raggi X e radio. Se il resto risulta essere una stella di neutroni con un forte campo magnetico, quindi la sorgente dovrebbe diventare molto più luminosa alle lunghezze d'onda dei raggi X e radio in circa un paio d'anni quando la bolla di particelle ad alta energia raggiungerà l'onda d'urto in decelerazione. Se è davvero un buco nero, gli astronomi si aspettano che continui a diventare più debole che è stato recentemente osservato mentre l'onda d'urto si indebolisce.

"GW170817 è l'evento astronomico che continua a dare, " ha detto J. Craig Wheeler, un coautore dello studio anche dall'Università del Texas. "Stiamo imparando così tanto sull'astrofisica degli oggetti più densi conosciuti da questo evento".

Se le osservazioni successive rilevano che una stella di neutroni pesante è sopravvissuta, una tale scoperta metterebbe in discussione le teorie sulla struttura delle stelle di neutroni e su quanto possano diventare massicce.

"All'inizio della mia carriera, gli astronomi potevano osservare solo stelle di neutroni e buchi neri nella nostra galassia, e ora osserviamo queste stelle esotiche nel cosmo, " ha detto il coautore Bruce Gossan dell'Università della California a Berkeley. "Che momento emozionante per essere vivi, vedere strumenti come LIGO e Chandra mostrarci così tante cose emozionanti che la natura ha da offrire."