Nell'agosto del 2017, un'altra svolta importante si è verificata quando il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ha rilevato onde che si credeva fossero causate da una fusione di stelle di neutroni. Poco dopo, gli scienziati di LIGO, Advanced Virgo e Fermi Gamma-Ray Space Telescope sono stati in grado di determinare dove nel cielo si è verificato questo evento (noto come kilonova).
Questa fonte, nota come GW170817 / GRB, è stata oggetto di numerosi sondaggi di follow-up poiché si riteneva che l'unione avrebbe potuto portare alla formazione di un buco nero. Secondo un nuovo studio di un team che ha analizzato i dati dall'osservatorio dei raggi X Chandra della NASA sin dall'evento, gli scienziati possono ora affermare con maggiore sicurezza che la fusione ha creato un nuovo buco nero nella nostra galassia.
Lo studio, intitolato "GW170817 Most Likely Made a Black Hole", è apparso di recente in The Astrophysical Journal Letters. Lo studio è stato condotto da David Pooley, assistente professore di fisica e astronomia presso la Trinity University di San Antonio, e ha incluso membri dell'Università del Texas ad Austin, dell'Università della California, Berkeley e del Laboratorio di cosmo energetico dell'Università di Nazarbayev in Kazakistan.
Per motivi di studio, il team ha analizzato i dati dei raggi X di Chandra prelevati nei giorni, settimane e mesi dopo il rilevamento delle onde gravitazionali da parte di LIGO e dei raggi gamma da parte della missione Fermi della NASA. Mentre quasi tutti i telescopi al mondo avevano osservato la fonte, i dati dei raggi X erano fondamentali per comprendere cosa accadde dopo che le due stelle di neutroni si scontrarono.
Mentre un'osservazione di Chandra due o tre giorni dopo l'evento non è riuscito a rilevare una sorgente di raggi X, le osservazioni successive effettuate 9, 15 e 16 giorni dopo l'evento hanno provocato rilevamenti. La fonte è scomparsa per un po 'mentre GW170817 passava dietro il Sole, ma ulteriori osservazioni sono state fatte circa 110 e 160 giorni dopo l'evento, entrambi i quali hanno mostrato un significativo schiarimento.
Mentre i dati LIGO hanno fornito agli astronomi una buona stima della massa dell'oggetto risultante dopo la fusione delle stelle di neutroni (2,7 masse solari), questo non è stato sufficiente per determinare che cosa fosse diventato. Essenzialmente, questa quantità di massa significava che era la stella di neutroni più massiccia mai trovata o il buco nero di massa più bassa mai trovato (i precedenti detentori del record erano quattro o cinque masse solari). Come ha spiegato Dave Pooley in un comunicato stampa della NASA / Chandra:
“Mentre le stelle di neutroni e i buchi neri sono misteriosi, ne abbiamo studiati molti in tutto l'Universo usando telescopi come Chandra. Ciò significa che abbiamo sia dati che teorie su come prevediamo che tali oggetti si comportino ai raggi X. "
Se le stelle di neutroni si fondessero per formare una stella di neutroni più pesante, gli astronomi si aspetterebbero che ruotasse rapidamente e generasse un campo magnetico molto forte. Ciò avrebbe anche creato una bolla espansa di particelle ad alta energia che avrebbe provocato emissioni di raggi X luminose. Tuttavia, i dati di Chandra hanno rivelato emissioni di raggi X che erano diverse centinaia di volte inferiori al previsto da una massiccia stella di neutroni a rotazione rapida.
Confrontando le osservazioni di Chandra con quelle del Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) del NSF, Pooley e il suo team sono stati anche in grado di dedurre che le emissioni di raggi X fossero dovute interamente all'onda d'urto causata dalla fusione che si frantumò nell'ambiente circostante gas. In breve, non c'erano segni di raggi X derivanti da una stella di neutroni.
Ciò implica fortemente che l'oggetto risultante era in realtà un buco nero. Se confermati, questi risultati indicherebbero che il processo di formazione di un buco nero a volte può essere complicato. In sostanza, GW170817 sarebbe stato il risultato di due stelle che subirono un'esplosione di supernova che lasciò dietro di sé due stelle di neutroni in un'orbita sufficientemente stretta che alla fine si unirono. Come ha spiegato Pawan Kumar:
“Potremmo aver risposto a una delle domande più elementari su questo evento abbagliante: che cosa ha fatto? Gli astronomi sospettano da tempo che le fusioni di stelle di neutroni formino un buco nero e producano esplosioni di radiazioni, ma fino ad ora non abbiamo avuto un caso forte.
Guardando al futuro, le affermazioni avanzate da Pooley e dai suoi colleghi potrebbero essere testate da future radiografie e osservazioni radio. Gli strumenti di nuova generazione - come Square Kilometer Array (SKA) attualmente in costruzione in Sudafrica e in Australia, e il Advanced Telescope dell'ESA per l'astrofisica ad alta energia (Athena +) - sarebbero particolarmente utili in questo senso.
Se dopotutto il residuo risulta essere una massiccia stella di neutroni con un forte campo magnetico, allora la sorgente dovrebbe diventare molto più luminosa nelle lunghezze d'onda dei raggi X e della radio nei prossimi anni mentre la bolla ad alta energia raggiunge lo shock decelerante onda. Mentre l'onda d'urto si indebolisce, gli astronomi si aspettano che continuerà a diventare più debole di quanto non fosse quando osservato di recente.
Indipendentemente da ciò, le future osservazioni di GW170817 sono destinate a fornire una grande quantità di informazioni, secondo J. Craig Wheeler, coautore dello studio anche dell'Università del Texas. "GW170817 è l'evento astronomico che continua a dare", ha detto. "Stiamo imparando così tanto sull'astrofisica degli oggetti più densi conosciuti da questo unico evento."
Se queste osservazioni di follow-up rilevassero che una stella di neutroni pesante è il risultato della fusione, questa scoperta sfiderebbe le teorie sulla struttura delle stelle di neutroni e sulla loro entità. D'altra parte, se scoprono che ha formato un piccolo buco nero, sfiderà le nozioni degli astronomi sui limiti di massa inferiori dei buchi neri. Per gli astrofisici, è fondamentalmente uno scenario vantaggioso per tutti.
Come il co-autore Bruce Grossan dell'Università della California a Berkeley ha aggiunto:
“All'inizio della mia carriera, gli astronomi potevano osservare solo stelle di neutroni e buchi neri nella nostra galassia, e ora stiamo osservando queste stelle esotiche attraverso il cosmo. Che momento emozionante per essere vivi, vedere strumenti come LIGO e Chandra che ci mostrano così tante cose elettrizzanti che la natura ha da offrire. ”
In effetti, guardare più lontano nel cosmo e più indietro nel tempo ha rivelato molto sull'Universo che prima era sconosciuto. E con lo sviluppo di strumenti migliorati al solo scopo di studiare i fenomeni astronomici in maggiore dettaglio ea distanze ancora maggiori, non sembra esserci limite a ciò che potremmo imparare. E assicurati di guardare questo video della fusione GW170817, per gentile concessione dell'Osservatorio ai raggi X di Chandra:
