Conseguenze della fusione di due stelle di neutroni. Ejecta da un'esplosione iniziale ha formato un guscio attorno al buco nero formato dalla fusione. Un getto di materiale lanciato da un disco che circonda il buco nero ha prima interagito con il materiale espulso per formare un ampio "bozzolo". Dopo, il jet irruppe per emergere nello spazio interstellare, dove il suo movimento estremamente veloce divenne evidente. Crediti:Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF
La misurazione precisa utilizzando una collezione continentale di radiotelescopi della National Science Foundation (NSF) ha rivelato che uno stretto getto di particelle che si muoveva quasi alla velocità della luce è scoppiato nello spazio interstellare dopo che una coppia di stelle di neutroni si è fusa in una galassia da 130 milioni di luce -anni dalla Terra. La fusione, avvenuta nell'agosto del 2017, ha inviato onde gravitazionali che si increspano nello spazio. È stato il primo evento mai rilevato sia dalle onde gravitazionali che dalle onde elettromagnetiche, compresi i raggi gamma, raggi X, luce visibile, e onde radio.
All'indomani della fusione, chiamato GW170817, è stato osservato da telescopi orbitanti e terrestri in tutto il mondo. Gli scienziati hanno osservato come le caratteristiche delle onde ricevute cambiassero nel tempo, e usò i cambiamenti come indizi per rivelare la natura dei fenomeni che seguirono la fusione.
Una domanda che spiccava, anche mesi dopo la fusione, era se l'evento avesse prodotto o meno una stretta, getto di materiale in rapido movimento che si è fatto strada nello spazio interstellare. Questo era importante, perché tali getti sono necessari per produrre il tipo di lampi di raggi gamma che i teorici avevano detto dovrebbero essere causati dalla fusione di coppie di stelle di neutroni.
La risposta è arrivata quando gli astronomi hanno utilizzato una combinazione del Very Long Baseline Array (VLBA) della NSF, il Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), e il Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) e scoprì che una regione di emissione radio dalla fusione si era spostata, e il movimento era così rapido che solo un getto poteva spiegarne la velocità.
"Abbiamo misurato un movimento apparente che è quattro volte più veloce della luce. Quell'illusione, chiamato moto superluminale, risultati quando il getto è puntato quasi verso la Terra e il materiale nel getto si muove vicino alla velocità della luce, " disse Kunal Mooley, dell'Osservatorio Nazionale di Radioastronomia (NRAO) e del Caltech.
Gli astronomi osservarono l'oggetto 75 giorni dopo la fusione, poi di nuovo 230 giorni dopo.
"In base alla nostra analisi, questo getto molto probabilmente è molto stretto, al massimo 5 gradi di larghezza, ed era puntato a soli 20 gradi di distanza dalla direzione della Terra, " ha detto Adam Deller, della Swinburne University of Technology e precedentemente della NRAO. "Ma per abbinare le nostre osservazioni, il materiale nel getto deve anche esplodere verso l'esterno a oltre il 97 percento della velocità della luce", ha aggiunto.
Quando il getto dell'evento di fusione delle stelle di neutroni è emerso nello spazio, immagini radio simulate nella concezione di questo artista illustrano il suo movimento estremamente veloce. Nei 155 giorni tra due osservazioni, il getto sembrava muoversi di due anni luce, una distanza che richiederebbe di viaggiare quattro volte più velocemente della luce. Questo "movimento superluminale" è un'illusione creata quando il getto è puntato quasi verso la Terra e in realtà si muove a più del 97 percento della velocità della luce. (Non in scala.) Credito:D. Berry, O. Gottlieb, K. Mooley, G. Hallinan, NRAO/AUI/NSF
Lo scenario emerso è che la fusione iniziale delle due stelle di neutroni superdense ha causato un'esplosione che ha spinto verso l'esterno un guscio sferico di detriti. Le stelle di neutroni sono collassate in un buco nero la cui potente gravità ha iniziato a trascinare materiale verso di sé. Quel materiale ha formato un disco in rapida rotazione che ha generato una coppia di getti che si spostano verso l'esterno dai suoi poli.
Con lo svolgersi dell'evento, la domanda è diventata se i getti sarebbero usciti dal guscio di detriti dall'esplosione originale. I dati delle osservazioni indicavano che un jet aveva interagito con i detriti, formando un ampio "bozzolo" di materiale che si espande verso l'esterno. Un tale bozzolo si espanderebbe più lentamente di un jet.
"La nostra interpretazione è che il bozzolo abbia dominato l'emissione radio fino a circa 60 giorni dopo la fusione, e in tempi successivi l'emissione era dominata dal getto, " disse Ore Gottlieb, dell'Università di Tel Aviv, uno dei principali teorici dello studio.
"Siamo stati fortunati a poter osservare questo evento, perché se il getto fosse stato puntato molto più lontano dalla Terra, l'emissione radio sarebbe stata troppo debole per essere rilevata, ", ha detto Gregg Hallinan del Caltech.
Il rilevamento di un getto in rapido movimento in GW170817 rafforza notevolmente la connessione tra fusioni di stelle di neutroni e lampi di raggi gamma di breve durata, hanno detto gli scienziati. Hanno aggiunto che i getti devono essere puntati relativamente vicino alla Terra per rilevare il lampo di raggi gamma.
"Il nostro studio dimostra che combinando le osservazioni del VLBA, il VLA e il GBT è un potente mezzo per studiare i getti e la fisica associati agli eventi di onde gravitazionali, " ha detto Mooley.
"L'evento della fusione è stato importante per una serie di motivi, e continua a sorprendere gli astronomi con ulteriori informazioni, " ha detto Joe Pesce, Direttore del programma NSF per NRAO. "I getti sono fenomeni enigmatici visti in un certo numero di ambienti, e ora queste squisite osservazioni nella parte radio dello spettro elettromagnetico stanno fornendo affascinanti informazioni su di esse, aiutandoci a capire come funzionano."
Mooley e i suoi colleghi hanno riportato le loro scoperte nella versione online della rivista del 5 settembre Natura .
