24 Giu 2020 Le Onde Gravitazionali Rivelano un Oggetto Misterioso
In un nuovo studio pubblicato su The Astrophysical Journal Letters, gli scienziati hanno annunciato la rilevazione di onde gravitazionali derivanti dalla fusione tra un buco nero e un oggetto la cui natura non è chiara. L’oggetto compatto ha una massa 2,6 volte quella solare e potrebbe rivelarsi la stella di neutroni più pesante mai scoperta o il buco nero più leggero.
L’oggetto misterioso è stato individuato il 14 Agosto 2019, sulla base dei dati raccolti dagli interferometri LIGO e Virgo, quando è giunto ai rilevatori terrestri un segnale di onde gravitazionali dovuto alla fusione dell’oggetto con un buco nero 23 volte più massiccio del Sole. Per decenni gli astronomi si sono interrogati su una misteriosa carenza osservativa di oggetti compatti con masse tra 2,5 a 5 volte la massa del Sole, una questione, chiamata ‘mass gap’, ancora oggi insoluta. In effetti, la stella di neutroni più pesante mai scoperta ha una massa inferiore a 2,5 masse solari, mentre il buco nero più leggero ha una massa pari a circa 5 masse solari. Entrambi gli oggetti compatti derivano dalla catastrofica esplosione in supernova di una stella massiccia.
“Stiamo aspettando da decenni di risolvere questo mistero”, spiega Vicky Kalogera della Northwestern University, tra gli autori dello studio. “Non sappiamo se questo oggetto sia la stella di neutroni più pesante conosciuta oppure il buco nero più leggero, ma in entrambi i casi batte un record”. “Questa scoperta è destinata a cambiare il modo in cui gli scienziati parlano di stelle di neutroni e buchi neri”, spiega Patrick Brady dell’University of Wisconsin. “In effetti il cosiddetto ‘mass gap’ non esiste davvero, ma potrebbe essere dovuto a limitazioni delle capacità osservative. Il tempo e ulteriori osservazioni potranno chiarire il mistero”.
Dalla catastrofica collisione cosmica, un evento chiamato GW190814, è derivato un unico buco nero con massa 25 volte quella solare. Prima della fusione, uno degli oggetti era nove volte più massiccio dell’altro, un rapporto di masse mai osservato fino ad oggi in eventi di questo genere. Lo scontro titanico è avvenuto ad una distanza di circa 800 milioni di anni luce dalla Terra. “In base agli attuali modelli teorici, la fusione di una coppia di oggetti compatti con un rapporto di masse così insolito, per di più con l’oggetto più piccolo che risiede nel ‘mass gap’, rappresenta una vera sfida. La scoperta implica che simili eventi accadano molto più frequentemente del previsto”, spiega Kalogera. “L’oggetto misterioso potrebbe essere una stella di neutroni in corso di fusione con un buco nero, una possibilità entusiasmante, teoricamente attesa ma non ancora confermata dal punto di vista osservativo. Tuttavia, con una massa 2,6 volte quella del Sole, l’oggetto supera le previsioni teoriche per la massa massima raggiungibile dalle stelle di neutroni, pertanto potrebbe essere il buco nero più leggero mai scoperto”.
Quando gli scienziati di LIGO e Virgo hanno individuato questa fusione, hanno immediatamente allertato l’intera comunità astrofisica. Decine di telescopi terrestri e spaziali si sono dedicati alla ricerca di segnali luminosi generati dall’evento, ma non ne è stato rilevato alcuno. Sino ad oggi, la controparte luminosa di un segnale di onde gravitazionali è stata osservata soltanto una volta, nel corso del noto evento GW170817, derivante dalla collisione di due stelle di neutroni. Al contrario, le fusioni tra buchi neri solitamente non producono segnali luminosi. Tuttavia, secondo gli scienziati, il nuovo evento potrebbe non essere stato individuato nello spettro elettromagnetico per una serie di ragioni: innanzitutto è avvenuto sei volte più lontano rispetto alla fusione osservata nel 2017, inoltre, se la collisione ha coinvolto due buchi neri, è probabile che non abbia prodotto segnali luminosi. In terzo luogo, se l’oggetto misterioso era una stella di neutroni, il buco nero, ben più massiccio, potrebbe averla divorata interamente.
Osservazioni future combinate con telescopi e rilevatori di onde gravitazionali potranno forse portare nuovi indizi sulle dinamiche e sulla natura degli oggetti coinvolti con masse situate nel mass gap. “Questa è una prima occhiata a ciò che potrebbe essere un’intera popolazione nuova di oggetti compatti binari”, osserva Charlie Hoy della Cardiff University. “È davvero entusiasmante pensare che questo possa essere soltanto l’inizio. Man mano che i rilevatori diventeranno più numerosi e più sensibili, potremo individuare ancora più segnali e saremo in grado di identificare le popolazioni di stelle di neutroni e buchi neri nell’Universo”.
Nell’immagine una rappresentazione artistica della generazione di onde gravitazionali dalla fusione di due buchi neri
Credit Nicolle R. Fuller/Science Photo Library
https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20200623
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