Nell'agosto del 2017, il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ha rilevato onde che si credeva fossero causate da una fusione di stelle di neutroni. Questo evento "kilonova", noto come GW170817, è stato il primo evento astronomico ad essere rilevato in entrambe le onde gravitazionali ed elettromagnetiche, tra cui luce visibile, raggi gamma, raggi X e onde radio.
Nei mesi seguenti la fusione, i telescopi orbitanti e terrestri in tutto il mondo hanno osservato GW170817 per vedere cosa ne è derivato. Secondo un nuovo studio condotto da un team internazionale di astronomi, la fusione ha prodotto uno stretto getto di materiale che si è fatto strada nello spazio interstellare a velocità vicine alla velocità della luce.
Lo studio che descrive i loro risultati, intitolato "Moto superluminale di un jet relativistico nella fusione di stelle di neutroni GW170817", è apparso di recente sulla rivista Natura. Lo studio è stato condotto da Kunal Mooley, Jansky Research Fellow presso Caltech e National Radio Astronomy Observatory (NRAO); Adam Deller, di OzGrav e del Centro di astrofisica e supercomputer di Swinburne Univeristy; e Ore Gottlieb, uno studente di dottorato dell'Università di Tel Aviv.
A loro si unirono membri del NRAO, del California Institute of Technology (Caltech), dell'Osservatorio spaziale Onsala, della Hebrew University di Gerusalemme, della Texas Tech University e della Princeton University. Per motivi di studio, il team ha combinato i dati provenienti dall'Array di riferimento molto lungo (VLBA) di NSF, dall'Array molto grande di Karl G. Jansky (VLA) e dal Telescopio Green Bank di Robert C. Byrd (GBT).
Utilizzando questi dati, sono stati in grado di risolvere un mistero di vecchia data sulla fusione, ovvero se avesse prodotto o meno un getto di materiale proveniente dai suoi poli. Gli scienziati sospettavano che questo fosse il caso perché tali getti sono necessari per produrre i lampi di raggi gamma che si pensa siano causati dalla fusione di coppie neutrone-stella.
Dopo aver osservato l'oggetto 75 giorni dopo la fusione, e di nuovo dopo 230 giorni, il team ha scoperto che una regione di emissione radio dalla fusione si era mossa a velocità incredibili. Queste osservazioni potevano essere spiegate solo dalla presenza di un potente getto. Come ha spiegato il dott. Mooley in un comunicato stampa dell'NRAO:
“Abbiamo misurato un movimento apparente quattro volte più veloce della luce. Quell'illusione, chiamata movimento superluminale, risulta quando il getto è puntato quasi verso la Terra e il materiale nel getto si sta avvicinando alla velocità della luce. "
"In base alla nostra analisi, molto probabilmente questo getto è molto stretto, largo al massimo 5 gradi, ed era puntato a soli 20 gradi dalla direzione della Terra", ha aggiunto Adam Deller. "Ma per corrispondere alle nostre osservazioni, anche il materiale nel getto deve esplodere verso l'esterno a oltre il 97 percento della velocità della luce."
Da questi nuovi dati è emerso un nuovo scenario che spiega cosa è successo dopo l'evento di Kilonova. In sostanza, la fusione ha causato un'esplosione che ha spinto verso l'esterno un guscio sferico di detriti. Nel frattempo, le stelle di neutroni unite sono crollate per formare un buco nero che ha iniziato a tirare materiale verso di esso. Ciò ha comportato la caduta di materiale in un disco a rotazione rapida attorno al buco nero che ha generato una coppia di getti che si lanciavano verso l'esterno dai suoi poli.
Come ha sottolineato Gregg Hallinan di Caltech, il posizionamento dei getti è stato molto fortunato. "Siamo stati fortunati ad essere in grado di osservare questo evento, perché se il getto fosse stato puntato molto più lontano dalla Terra, l'emissione radio sarebbe stata troppo debole per essere rilevata", ha detto.
I dati di queste ultime osservazioni hanno anche mostrato che il getto stava interagendo con il guscio di detriti, che formava un "bozzolo" di materiale che si sta espandendo verso l'esterno più lentamente rispetto ai getti. Ciò ha contribuito a risolvere un altro mistero, ovvero se le fonti radio rilevate fossero o meno il risultato dell'interazione con il bozzolo o del flusso di materiale. Come ha spiegato Ore Gottlieb:
"La nostra interpretazione è che il bozzolo ha dominato l'emissione radio fino a circa 60 giorni dopo la fusione, e in seguito l'emissione è stata dominata dal getto".
Secondo il team di ricerca, questo studio rafforza la teoria secondo cui esiste una connessione tra fusioni di stelle di neutroni e lampi di raggi gamma di breve durata. Ha anche dimostrato che i getti devono essere puntati relativamente vicini alla Terra affinché queste esplosioni possano essere rilevate dai nostri osservatori. Come ha spiegato Mooley:
"Il nostro studio dimostra che combinare le osservazioni del VLBA, del VLA e del GBT è un potente mezzo per studiare i getti e la fisica associati agli eventi delle onde gravitazionali".
Inoltre, le osservazioni di questi getti - che sono state condotte nella parte radio dello spettro - stanno fornendo nuove e affascinanti intuizioni su questo fenomeno astronomico. Alla fine, questa è solo l'ultima sorpresa che GW170817 ha fornito agli astronomi da quando è stata rilevata per la prima volta.
