Nel 2017, LIGO (Laser-Interferometer Gravitational Wave Observatory) e Virgo hanno rilevato onde gravitazionali provenienti dalla fusione di due stelle di neutroni. Hanno chiamato quel segnale GW170817. Due secondi dopo averlo rilevato, il satellite Fermi della NASA ha rilevato un lampo di raggi gamma (GRB) chiamato GRB170817A. In pochi minuti, telescopi e osservatori di tutto il mondo hanno affinato l'evento.
Il telescopio spaziale Hubble ha avuto un ruolo in questo storico rilevamento della fusione di due stelle di neutroni. A partire da dicembre 2017, Hubble ha rilevato la luce visibile da questa fusione e nell'anno successivo e mezzo ha trasformato il suo potente specchio nella stessa posizione per 10 volte. Il risultato?
L'immagine più profonda del bagliore finale di questo evento, e un pieno zeppo di dettagli scientifici.
"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 guidato la ricerca. "Più profonda è l'immagine, più informazioni possiamo ottenere."
Oltre a fornire un'immagine profonda del bagliore post-fusione della fusione, Hubble ha anche rivelato alcuni segreti inaspettati della fusione stessa, il getto che ha creato e anche alcuni dettagli sulla natura dei brevi lampi di raggi gamma.
Per molti scienziati, GW170817 è la scoperta più importante di LIGO fino ad oggi. La scoperta ha vinto il premio Breakthrough of the Year nel 2017 dalla rivista Science. Sebbene si parlasse molto di collisioni o fusioni tra due stelle di neutroni, questa era la prima volta che gli astrofisici erano in grado di osservarne una. Poiché lo hanno anche osservato sia nella luce elettromagnetica che nelle onde gravitazionali, è stata anche la prima "osservazione multi-messenger tra queste due forme di radiazione", come afferma un comunicato stampa.
È in parte circostanza che ha reso possibile questo. GW170817 è abbastanza vicino alla Terra in termini astronomici: a soli 140 milioni di anni luce di distanza nella galassia ellittica NGC 4993. Era luminoso e facile da trovare.
La collisione delle due stelle di neutroni ha causato un chilonova. Sono causati quando due stelle di neutroni si fondono in questo modo o quando una stella di neutroni e un buco nero si fondono. Un kilonova è circa 1000 volte più luminoso di una nova classica, che si verifica in un sistema stellare binario quando una nana bianca e il suo compagno si fondono. L'estrema luminosità di un kilonova è causata dagli elementi pesanti che si formano dopo la fusione, incluso l'oro.
La fusione ha creato un getto di materiale che viaggia a una velocità prossima alla luce che ha reso difficile vedere il bagliore. Anche se il getto che si è schiantato sul materiale surround è ciò che ha reso la fusione così luminosa e facile da vedere, ha anche oscurato il bagliore dell'evento. Per vedere il bagliore successivo, gli astrofisici dovevano essere pazienti.
"Per noi per vedere il bagliore successivo, il kilonova ha dovuto spostarsi di mezzo", ha detto Fong. “Sicuramente, circa 100 giorni dopo la fusione, il kilonova era sbiadito nell'oblio e il bagliore successivo è subentrato. Il bagliore è stato così debole, tuttavia, lasciandolo ai telescopi più sensibili per catturarlo. "
È qui che è entrato l'Hubble Space Telescope. Nel dicembre 2017, Hubble ha visto la luce visibile dal bagliore della fusione. Da allora fino a marzo 2019 Hubble ha visitato nuovamente il bagliore dopo altre 10 volte. L'immagine finale è stata la più profonda di sempre, con lo spazio venerabile "scope che fissa il punto in cui la fusione è avvenuta per 7,5 ore. Da questa immagine gli astrofisici sapevano che la luce visibile era finalmente sparita, 584 giorni dopo la fusione delle due stelle di neutroni.
Il bagliore dell'evento è stato fondamentale ed è stato debole. Per vederlo e studiarlo, il team dietro lo studio ha dovuto rimuovere la luce dalla galassia circostante, NGC 4993. La luce galattica è complicata e, per così dire, "infettare" il bagliore e comprometterebbe i risultati .
"Per misurare accuratamente la luce del bagliore successivo, devi portare via tutta l'altra luce", ha detto Peter Blanchard, un membro post dottorato in CIERA e il secondo autore dello studio. "Il più grande colpevole è la leggera contaminazione della galassia, che è estremamente complicata nella struttura."
Ma ora avevano 10 immagini Hubble del bagliore con cui lavorare. In queste immagini, il kilonova era sparito e rimaneva solo il bagliore. Nell'immagine finale, anche il bagliore era sparito. Sovrapposero l'immagine finale sulle altre 10 immagini del bagliore e, usando un algoritmo, rimossero meticolosamente tutta la luce dalle precedenti immagini di Hubble che mostravano bagliore. Pixel per pixel.
Alla fine hanno avuto una serie di immagini nel tempo, mostrando solo il bagliore finale senza alcuna contaminazione dalla galassia. L'immagine concordava con le previsioni modellate ed è anche la serie temporale più accurata di immagini del bagliore dell'evento.
"L'evoluzione della luminosità si adatta perfettamente ai nostri modelli teorici di getti", ha affermato Fong. "È anche perfettamente d'accordo con ciò che la radio e i raggi X ci stanno dicendo."
Quindi cosa hanno trovato in queste immagini?
Prima di tutto l'area in cui le stelle di neutroni si sono fuse non era densamente popolata di ammassi, qualcosa che gli studi precedenti avevano predetto dovrebbe essere il caso.
"Precedenti studi hanno suggerito che le coppie di stelle di neutroni possono formarsi e fondersi all'interno dell'ambiente denso di un ammasso globulare", ha detto Fong. "Le nostre osservazioni mostrano che non è assolutamente il caso di questa fusione di stelle di neutroni".
Fong pensa anche che questo lavoro abbia fatto luce sulle esplosioni di raggi gamma. Pensa che quelle lontane esplosioni siano in realtà fusioni di stelle di neutroni come GW170817. Tutti producono getti relativistici, secondo Fong, è solo che sono visti da diverse angolazioni.
Gli astrofisici di solito vedono questi getti dai lampi di raggi gamma da un'angolazione diversa rispetto a GW170817, di solito diretti. Ma GW170817 è stato visto da un angolo di 30 gradi. Non era mai stato visto prima nella luce ottica.
"GW170817 è la prima volta che riusciamo a vedere il jet" fuori asse "", ha detto Fong. "La nuova serie temporale indica che la differenza principale tra GW170817 e distanti lampi di raggi gamma corti è l'angolo di visione."
Un documento che delinea questi risultati sarà pubblicato su Astrophysical Journal Letters questo mese. Si intitola "Il bagliore ottico di GW170817: un getto strutturato fuori asse e profondi vincoli su un'origine globulare a grappolo". È visualizzabile al link sopra su arxiv.org.
Di Più:
- Research Paper: The Optical Afterglow di GW170817: un getto strutturato fuori asse e vincoli profondi su un'origine del cluster globulare
- Comunicato stampa: Afterglow fa luce sulla natura, l'origine delle collisioni di stelle di neutroni
- LIGO / Vergine: L'ALBA DELL'ASTROFISICA MULTI-MESSENGER: OSSERVAZIONI DI UNA FUSIONE DI STELLE NEUTRON BINARIE
