Il capitolo finale della storica rivelazione della potente fusione di due stelle di neutroni nel 2017 è stato ufficialmente scritto. Dopo che l'esplosione estremamente luminosa è finalmente sbiadita nel nero, un team internazionale guidato dalla Northwestern University ha costruito meticolosamente il suo bagliore, l'ultimo pezzo del ciclo di vita del famoso evento.

Non solo l'immagine risultante è l'immagine più profonda del bagliore residuo della collisione della stella di neutroni fino ad oggi, rivela anche segreti sulle origini della fusione, il getto che ha creato e la natura dei lampi di raggi gamma più brevi.

"Questa è l'esposizione più profonda che abbiamo mai preso di questo evento alla luce visibile, " ha detto Wen-fai Fong della Northwestern, che ha condotto la ricerca. "Più profonda è l'immagine, più informazioni possiamo ottenere."

Lo studio sarà pubblicato questo mese su The Lettere per riviste astrofisiche . Fong è un assistente professore di fisica e astronomia al Weinberg College of Arts and Sciences della Northwestern e membro del CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics), un centro di ricerca dotato della Northwestern focalizzato sull'avanzamento degli studi con un'enfasi sulle connessioni interdisciplinari.

Molti scienziati considerano la fusione di stelle di neutroni del 2017, soprannominato GW170817, come la scoperta più importante di LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Era la prima volta che gli astrofisici catturavano la collisione di due stelle di neutroni. Rilevato sia nelle onde gravitazionali che nella luce elettromagnetica, è stata anche la prima osservazione multi-messaggero tra queste due forme di radiazione.

È stata rilevata la luce di GW170817, in parte, perché era vicino, rendendolo molto luminoso e relativamente facile da trovare. Quando le stelle di neutroni si scontrarono, hanno emesso una kilonova - luce 1, 000 volte più luminoso di una nova classica, derivanti dalla formazione di elementi pesanti dopo la fusione. Ma è stata proprio questa luminosità a creare il suo bagliore residuo, formato da un getto che viaggiava vicino alla velocità della luce, prendere a pugni l'ambiente circostante, così difficile da misurare.

"Per noi per vedere l'ultimo bagliore, la kilonova doveva spostarsi, " disse Fong. "Certamente, circa 100 giorni dopo la fusione, la kilonova era svanita nell'oblio, e il bagliore ha preso il sopravvento. Il bagliore era così debole, però, lasciandolo ai telescopi più sensibili per catturarlo."

Hubble in soccorso

A partire da dicembre 2017, Il telescopio spaziale Hubble della NASA ha rilevato la luce visibile residua della fusione e ha rivisitato la posizione della fusione altre 10 volte nel corso di un anno e mezzo.

La casella indica dove si trovava il bagliore ormai sbiadito.

A fine marzo 2019, Il team di Fong ha utilizzato l'Hubble per ottenere l'immagine finale e l'osservazione più profonda fino ad oggi. In sette ore e mezza, il telescopio ha registrato un'immagine del cielo da dove si è verificata la collisione della stella di neutroni. L'immagine risultante mostrava, 584 giorni dopo la fusione della stella di neutroni, che la luce visibile emanata dalla fusione era finalmente scomparsa.

Prossimo, La squadra di Fong aveva bisogno di rimuovere la luminosità della galassia circostante, per isolare il bagliore estremamente debole dell'evento.

"Per misurare con precisione la luce del bagliore residuo, devi portare via tutta l'altra luce, " disse Peter Blanchard, borsista postdottorato al CIERA e secondo autore dello studio. "Il più grande colpevole è la contaminazione della luce dalla galassia, che è estremamente complicato nella struttura."

Fong, Blanchard e i suoi collaboratori hanno affrontato la sfida utilizzando tutte e 10 le immagini, in cui la kilonova era sparita e rimaneva il bagliore finale così come il finale, profonda immagine di Hubble senza tracce della collisione. Il team ha sovrapposto la propria immagine profonda di Hubble a ciascuna delle 10 immagini di bagliore residuo. Quindi, utilizzando un algoritmo, hanno meticolosamente sottratto, pixel per pixel, tutta la luce dall'immagine di Hubble dalle precedenti immagini residue.

Il risultato:una serie temporale finale di immagini, mostrando il debole bagliore senza contaminazione della luce dalla galassia di sfondo. Completamente allineato con le previsioni del modello, è la serie temporale di imaging più accurata del bagliore residuo della luce visibile di GW170817 prodotta fino ad oggi.

"L'evoluzione della luminosità corrisponde perfettamente ai nostri modelli teorici di getti, " Disse Fong. "E concorda perfettamente anche con ciò che ci dicono la radio e i raggi X".

Informazioni illuminanti

Con l'immagine dello spazio profondo di Hubble, Fong e i suoi collaboratori hanno raccolto nuove intuizioni sulla galassia natale di GW170817. Forse più sorprendente, hanno notato che l'area intorno alla fusione non era densamente popolata di ammassi stellari.

"Studi precedenti hanno suggerito che coppie di stelle di neutroni possono formarsi e fondersi all'interno dell'ambiente denso di un ammasso globulare, " Fong ha detto. "Le nostre osservazioni mostrano che non è assolutamente il caso di questa fusione di stelle di neutroni".

Secondo la nuova immagine, Fong crede anche che lontano, le esplosioni cosmiche note come brevi lampi di raggi gamma sono in realtà fusioni di stelle di neutroni, semplicemente viste da un'angolazione diversa. Entrambi producono getti relativistici, che sono come una manichetta antincendio di materiale che viaggia vicino alla velocità della luce. Gli astrofisici di solito vedono getti da lampi di raggi gamma quando sono puntati direttamente, come guardare direttamente nella manichetta antincendio. Ma GW170817 è stato visto da un angolo di 30 gradi, che non era mai stato fatto prima nella lunghezza d'onda ottica.

"GW170817 è la prima volta che siamo stati in grado di vedere il getto fuori asse, '" ha detto Fong. "La nuova serie temporale indica che la principale differenza tra GW170817 e i lampi di raggi gamma brevi distanti è l'angolo di visione".