Il 25 aprile, 2019, l'Osservatorio LIGO Livingston ha rilevato quelle che sembravano increspature gravitazionali da una collisione di due stelle di neutroni. LIGO Livingston fa parte di una rete di onde gravitazionali che include LIGO (il Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), finanziato dalla National Science Foundation (NSF), e il rilevatore di Vergine europeo. Ora, un nuovo studio conferma che questo evento era effettivamente il risultato di una fusione di due stelle di neutroni. Questa sarebbe solo la seconda volta che questo tipo di evento è stato osservato nelle onde gravitazionali.

La prima di tali osservazioni, avvenuta nell'agosto del 2017 ha fatto la storia per essere la prima volta che sia le onde gravitazionali che la luce sono state rilevate dallo stesso evento cosmico. La fusione del 25 aprile, al contrario, non ha rilevato alcuna luce. Però, attraverso un'analisi dei soli dati dell'onda gravitazionale, i ricercatori hanno scoperto che la collisione ha prodotto un oggetto con una massa insolitamente elevata.

"Dalle osservazioni convenzionali con la luce, sapevamo già di 17 sistemi binari di stelle di neutroni nella nostra galassia e abbiamo stimato le masse di queste stelle, "dice Ben Farr, un membro del team LIGO con sede presso l'Università dell'Oregon. "Ciò che sorprende è che la massa combinata di questo binario è molto più alta di quanto previsto".

"Abbiamo rilevato un secondo evento coerente con un sistema binario di stelle di neutroni e questa è un'importante conferma dell'evento dell'agosto 2017 che ha segnato un nuovo entusiasmante inizio per l'astronomia multi-messaggero due anni fa, "dice Jo van den Brand, Portavoce Vergine e professore all'Università di Maastricht, e Nikhef e VU University Amsterdam nei Paesi Bassi. L'astronomia multi-messaggero si verifica quando diversi tipi di segnali sono osservati simultaneamente, come quelli basati su onde gravitazionali e luce.

Lo studio, presentato a The Lettere per riviste astrofisiche , è scritto da un team internazionale composto dalla LIGO Scientific Collaboration e dalla Virgo Collaboration, quest'ultimo è associato al rivelatore di onde gravitazionali Virgo in Italia. I risultati sono stati presentati oggi in una conferenza stampa, 6 gennaio al 235° meeting dell'American Astronomical Society a Honolulu, Hawaii.

Le stelle di neutroni sono i resti di stelle morenti che subiscono esplosioni catastrofiche mentre collassano alla fine della loro vita. Quando due stelle di neutroni si intrecciano a spirale, subiscono una violenta fusione che invia brividi gravitazionali attraverso il tessuto dello spazio e del tempo.

LIGO è diventato il primo osservatorio a rilevare direttamente le onde gravitazionali nel 2015; in quel caso, le onde sono state generate dalla violenta collisione di due buchi neri. Da allora, LIGO e Virgo hanno registrato dozzine di ulteriori fusioni di buchi neri candidati.

La fusione di stelle di neutroni dell'agosto 2017 è stata testimoniata da entrambi i rilevatori LIGO, uno a Livingston, Louisiana, e uno ad Hanford, Washington, insieme a una serie di telescopi basati sulla luce in tutto il mondo (le collisioni di stelle di neutroni producono luce, mentre si pensa generalmente che le collisioni di buchi neri non lo facciano). Questa fusione non era chiaramente visibile nei dati della Vergine, ma questo fatto ha fornito informazioni chiave che alla fine hanno individuato la posizione dell'evento nel cielo.

L'evento di aprile 2019 è stato identificato per la prima volta nei dati del solo rivelatore LIGO Livingston. Il rilevatore LIGO Hanford era temporaneamente offline in quel momento, e, a una distanza di oltre 500 milioni di anni luce, l'evento era troppo debole per essere visibile nei dati della Vergine. Utilizzando i dati di Livingston, combinato con le informazioni derivate dai dati della Vergine, il team ha ristretto il luogo dell'evento a una porzione di cielo superiore a 8, 200 gradi quadrati di dimensioni, o circa il 20 percento del cielo. Per confronto, l'evento di agosto 2017 è stato ridotto a una regione di soli 16 gradi quadrati, o 0,04% del cielo.

"Questo è il nostro primo evento pubblicato per il rilevamento di un singolo osservatorio, " dice Anamaria Effler di Caltech, uno scienziato che lavora alla LIGO Livingston. "Ma Virgo ha dato un contributo prezioso. Abbiamo usato le informazioni sulla sua mancata rilevazione per dirci approssimativamente da dove doveva provenire il segnale".

I dati LIGO rivelano che la massa combinata dei corpi uniti è circa 3,4 volte la massa del nostro Sole. Nella nostra galassia, i sistemi binari di stelle di neutroni noti hanno masse combinate fino a solo 2,9 volte quella del Sole. Una possibilità per la massa insolitamente elevata è che la collisione non sia avvenuta tra due stelle di neutroni, ma una stella di neutroni e un buco nero, poiché i buchi neri sono più pesanti delle stelle di neutroni. Ma se così fosse, il buco nero dovrebbe essere eccezionalmente piccolo per la sua classe. Anziché, gli scienziati ritengono che sia molto più probabile che LIGO abbia assistito alla frantumazione di due stelle di neutroni.

"Quello che sappiamo dai dati sono le masse, e le masse individuali molto probabilmente corrispondono a stelle di neutroni. Però, come un sistema binario di stelle di neutroni, la massa totale è molto più alta di qualsiasi altra binaria di stelle di neutroni galattiche conosciute, "dice Surabhi Sachdev, un membro del team LIGO con sede a Penn State. "E questo potrebbe avere implicazioni interessanti su come si è formata originariamente la coppia".

Si pensa che le coppie di stelle di neutroni si formino in due modi possibili. Potrebbero formarsi da sistemi binari di stelle massicce che terminano la loro vita come stelle di neutroni, oppure potrebbero sorgere quando due stelle di neutroni formate separatamente si uniscono all'interno di un denso ambiente stellare. I dati LIGO per l'evento del 25 aprile non indicano quale di questi scenari sia più probabile, ma suggeriscono che sono necessari più dati e nuovi modelli per spiegare la massa inaspettatamente elevata della fusione.