Un team di ricerca internazionale che comprende astronomi del Max Planck Institute for Radio Astronomy di Bonn, Germania, ha combinato radiotelescopi di cinque continenti per provare l'esistenza di uno stretto flusso di materiale, un cosiddetto getto, emergendo dall'unico evento di onde gravitazionali che coinvolge due stelle di neutroni mai osservato. Con la sua elevata sensibilità e prestazioni eccellenti, il radiotelescopio di 100 metri di Effelsberg ha svolto un ruolo importante nelle osservazioni.

Ad agosto 2017, sono state osservate due stelle di neutroni in collisione, producendo onde gravitazionali che sono state rilevate dai rivelatori americani LIGO e europei Virgo. Le stelle di neutroni sono stelle ultra dense, all'incirca la stessa massa del Sole, ma di dimensioni simili a una città come Colonia. Questo evento è il primo e unico di questo tipo che è stato osservato finora, ed è successo in una galassia lontana 130 milioni di anni luce dalla Terra, nella costellazione dell'Idra.

Gli astronomi hanno osservato l'evento e la successiva evoluzione attraverso l'intero spettro elettromagnetico, dai raggi gamma, Raggi X alla luce visibile e alle onde radio. Duecento giorni dopo la fusione, osservazioni che combinano radiotelescopi in Europa, Africa, Asia, Oceania, e il Nord America hanno dimostrato l'esistenza di un jet che emerge da questa violenta collisione. Questi risultati sono ora pubblicati sulla rivista scientifica Scienza da un team internazionale di astronomi, guidato da Giancarlo Ghirlanda dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).

Questa fusione di stelle di neutroni ha rappresentato il primo caso in cui è stato possibile associare un rilevamento di onde gravitazionali a un oggetto che emette luce. L'evento ha confermato teorie scientifiche in discussione da decine di anni, e l'associazione delle fusioni di stelle di neutroni con una delle esplosioni più potenti dell'universo:i lampi di raggi gamma. Dopo la fusione, un'enorme quantità di materiale è stata espulsa nello spazio, formare un guscio intorno all'oggetto. Gli astronomi hanno seguito la sua evoluzione a diverse lunghezze d'onda. Però, rimanevano ancora alcune questioni relative a questo evento che non potevano essere chiarite da alcuna precedente osservazione.

"Ci aspettavamo che parte del materiale venisse espulso attraverso un getto collimato, ma non era chiaro se questo materiale potesse perforare con successo il guscio circostante, " spiega Ghirlanda. "C'erano due scenari in competizione:in un caso, il getto non può sfondare il guscio, generando invece una bolla in espansione attorno all'oggetto. Nell'altro, il getto riesce a penetrare nel guscio e poi si propaga ulteriormente nello spazio, " amplia Tiziana Venturi (INAF). Solo l'acquisizione di immagini radio molto sensibili con una risoluzione molto elevata scarterebbe uno scenario o l'altro. Ciò richiedeva l'uso di una tecnica nota come interferometria della linea di base molto lunga (VLBI) che consente agli astronomi di combinare telescopi in tutta la Terra.

Gli autori di questa pubblicazione hanno condotto osservazioni globali in direzione della fusione il 12 marzo 2018 utilizzando trentatré radiotelescopi della rete europea VLBI (che collega i telescopi della Spagna, il Regno Unito, Paesi Bassi, Germania, Italia, Svezia, Polonia, Lettonia, Sud Africa, Russia, e Cina), e-MERLIN nel Regno Unito, l'Australian Long Baseline Array in Australia e Nuova Zelanda, e il Very Long Baseline Array negli Stati Uniti.

"Il nostro radiotelescopio da 100 m a Effelsberg ha partecipato alle osservazioni ed è stato un elemento chiave, grazie alla sua elevata sensibilità e alle eccellenti prestazioni, "dice Carolina Casadio, un membro del gruppo di ricerca del Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR).

I dati di tutti i telescopi sono stati inviati a JIVE, Paesi Bassi, dove sono state utilizzate le tecniche di elaborazione più avanzate per produrre un'immagine con una risoluzione paragonabile a quella di una persona sulla superficie della Luna. Nella stessa analogia, la bolla in espansione apparirebbe con una dimensione apparente equivalente a un camion sulla Luna, mentre un getto di successo verrebbe rilevato come un oggetto molto più compatto. "Confrontando le immagini teoriche con quelle reali, troviamo che solo un getto potrebbe apparire sufficientemente compatto da essere compatibile con le dimensioni osservate, " spiega Om Sharan Salafia dell'INAF in Italia. Il team ha determinato che questo getto conteneva tanta energia quanta ne produceva tutte le stelle della nostra galassia durante un anno. "E tutta quell'energia era contenuta in una dimensione inferiore a un anno luce, "dice Zsolt Paragi, anche da JIVE.

"In Europa utilizziamo il consorzio RadioNet per un uso efficiente dei radiotelescopi dei nostri membri. Le osservazioni qui descritte combinano osservatori radio in tutta Europa e in tutto il mondo. Richiedono uno sforzo ben coordinato degli osservatori e delle istituzioni che collaborano per raggiungere tale entusiasmante risultati, " spiega Anton Zensus, Direttore di MPIfR e coordinatore del consorzio RadioNet.

Negli anni a venire, verranno scoperte molte altre di queste fusioni binarie di stelle di neutroni. "I risultati ottenuti suggeriscono anche che oltre il 10% di tutte queste fusioni dovrebbe mostrare un jet di successo, " spiega Benito Marcote di JIVE. "Questi tipi di osservazioni ci permetteranno di svelare i processi che avvengono durante e dopo alcuni degli eventi più potenti dell'universo, " conclude Sándor Frey dell'Osservatorio Konkoly in Ungheria.