Le Dinamiche della Fusione di Due Stelle di Neutroni

Le Dinamiche della Fusione di Due Stelle di Neutroni

Analizzando i segnali radio rilevati durante tre mesi di osservazioni del Very Large Array (VLA) un team di astronomi ha individuato la spiegazione più probabile per la sequenza di eventi provocata dalla violenta fusione di due stelle di neutroni, in una galassia a 130 milioni di anni luce dalla Terra. Secondo i ricercatori in futuro saremo in grado di osservare un numero molto maggiore di cataclismi stellari come questo.

Il 17 Agosto 2017 l’osservatorio LIGO, insieme con l’interferometro Virgo in Italia, ha rilevato onde gravitazionali, il quinto evento osservato, chiamato GW170817 e dovuto alla fusione di due stelle di neutroni superdense. È stata la prima rilevazione confermata di una fusione di questo genere e la prima volta in assoluto in cui gli astronomi hanno osservato insieme onde gravitazionali e luce (radiazione elettromagnetica) in seguito allo stesso evento, grazie a mobilitazioni e sforzi globali di straordinaria collaborazione internazionale. Si e trattato di un evento storico: l’inizio del nuovo campo di indagine dell’astronomia gravitazionale e multimessaggero. In pratica abbiamo acquisito occhi e orecchie per indagare al meglio gli eventi estremi che si verificano nell’Universo.

Le onde gravitazionali sono state seguite da emissioni di raggi gamma, raggi X e luce visibile derivanti dall’evento. Il VLA ha rilevato le prime onde radio soltanto il 2 Settembre, oltre due settimane più tardi rispetto alla rilevazione delle onde gravitazionali. La tempistica e le caratteristiche della radiazione elettromagnetica a differenti lunghezze d’onda hanno fornito agli scienziati indizi sulla natura dei fenomeni provocati dall’iniziale collisione tra stelle di neutroni. Prima dell’evento di Agosto i teorici avevano proposto varie idee e modelli a riguardo di questi fenomeni. Quando è stata identificata questa collisione, l’evento ha fornito la prima opportunità di confrontare le previsioni con le osservazioni.

Utilizzando il VLA, l’Australia Telescope Compact Array e il Giant Metrewave Radio Telescope in India, gli astronomi hanno osservato regolarmente l’oggetto da Settembre in poi. I dati dei radiotelescopi hanno evidenziato che l’emissione radio si intensificava gradualmente, il che ha permesso agli astronomi di ricostruire la sequenza di eventi più probabile verificatasi in seguito alla fusione.

“Il graduale incremento del segnale radio indica che stiamo osservando un deflusso di materiale ad ampio angolo, in viaggio a velocità paragonabili a quella della luce, in seguito alla fusione di stelle di neutroni”, ha detto Kunal Mooley del NRAO. La fusione dei due oggetti superdensi ha provocato un’esplosione, chiamata kilonova, che ha gettato verso l’esterno un guscio sferico di detriti. Le stelle di neutroni sono collassate in un resto, forse un buco nero, la cui possente gravità ha iniziato ad attirare materiale verso di sè. Quel materiale ha formato un disco in rapida rotazione che ha generato due stretti getti relativistici di materiale in uscita (visibili in bianco nell’immagine artistica).

Alcune delle prime misurazioni dell’evento avevano suggerito che il getto non fosse esattamente allineato con la Terra e questa configurazione poteva spiegare il fatto che l’emissione radio e a raggi X fosse stata osservata solo qualche tempo dopo l’evento individuato. “Questo semplice modello, di un getto privo di strutture circostanti e non del tutto allineato, richiederebbe che l’emissione radio e a raggi X diventi gradualmente più debole. Quando abbiamo visto un incremento dell’emissione radio, abbiamo capito che la spiegazione richiedeva un modello differente”, ha detto Alessandra Corsi della Texas Tech University.

La migliore spiegazione per le osservazioni è quindi, secondo i ricercatori, che il getto venga frenato da materiale circostante, trascinandolo con sè man mano che si muove verso l’esterno, e che il residuo stellare sia avvolto in un ampio bozzolo, in inglese “cocoon”. L’enorme bozzolo assorbe l’energia del getto e permette l’emissione di onde radio e raggi X con un’angolo più ampio (visibile in rosa nell’illustrazione artistica). Questo spiegherebbe il graduale aumento in intensità sia dell’emissione radio che di quella a raggi X rilevata dall’osservatorio Chandra.

Secondo gli scienziati una fondamentale conseguenza del modello a cocoon è che in futuro potremo essere in grado di vedere molti più eventi del genere, grazie alla rilevazione della conseguente radiazione elettromagnetica, anche se il nostro punto di vista non sarà ottimale. Lo studio è stato pubblicato su Nature.
[ Barbara Bubbi ]
https://phys.org/news/2017-12-neutron-star-merger-mysteries.html

Credit: NRAO/AUI/NSF: D. Berr