Circa 130 milioni di anni fa, in una galassia lontana, due stelle di neutroni si scontrarono. Questo evento è ora la 5a osservazione delle onde gravitazionali da parte del Laser Interferometer Gravitational wave Observatory (LIGO) e della collaborazione Virgo, e la prima rilevata non è stata causata dalla collisione di due buchi neri.
Ma questo evento - chiamato chilonova - ha prodotto anche qualcos'altro: luce, attraverso lunghezze d'onda multiple.
Per la prima volta nella storia, un fenomeno astronomico è stato prima osservato attraverso le onde gravitazionali e poi visto con i telescopi. In uno sforzo incredibilmente collaborativo, oltre 3.500 astronomi che utilizzano 100 strumenti su oltre 70 telescopi in tutto il mondo e nello spazio hanno lavorato con i fisici della collaborazione LIGO e Virgo.
Gli scienziati chiamano questa "astronomia multimessenger".
"Insieme, tutte queste osservazioni sono più grandi della somma delle loro parti", ha dichiarato Laura Cadonati, vice portavoce di LIGO in una riunione di oggi. "Ora stiamo imparando sulla fisica dell'universo, sugli elementi di cui siamo fatti, in un modo che nessuno ha mai fatto prima."
"Ci consentirà di capire come funzionano le esplosioni di supernova, come vengono creati l'oro e altri elementi pesanti, come funzionano i nuclei nel nostro corpo e persino la velocità con cui l'universo si sta espandendo", ha dichiarato Manuela Campanelli, del Rochester Institute of Technology. “L'astronomia multi-passeggero dimostra come possiamo combinare il vecchio modo con il nuovo. Ha cambiato il modo di fare l'astronomia. "
Le stelle di neutroni sono i nuclei rimanenti di stelle massicce che sono esplose da tempo come supernovae. Le due stelle, situate una accanto all'altra in una galassia chiamata NGC 4993, iniziarono tra 8-20 volte la massa del nostro sole. Quindi con le loro supernova, ognuna ridotta a circa 10 miglia di diametro, delle dimensioni di una città. Queste sono stelle composte interamente di neutroni e sono tra stelle normali e buchi neri di dimensioni e densità - solo un cucchiaino di materiale stellare di neutroni peserebbe 1 miliardo di tonnellate.
Si girarono l'un l'altro in una danza cosmica fino a quando la loro gravità reciproca non li fece collidere. Quella collisione produsse una palla di fuoco di proporzioni astronomiche e le ripercussioni di quell'evento arrivarono sulla Terra 130 milioni di anni dopo.
"Mentre questo evento ha avuto luogo 130 milioni di anni fa, lo abbiamo scoperto sulla Terra solo il 17 agosto 2017, appena prima dell'eclissi solare", ha dichiarato Andy Howell dall'Osservatorio di Las Cumbres, parlando oggi in una conferenza stampa. "Abbiamo mantenuto questo segreto tutto il tempo e stiamo per sballare!"
Alle 8:41 EDT, LIGO e Virgo avvertirono i primi tremiti delle ondulazioni dello spazio-tempo, le onde gravitazionali. Solo due secondi dopo, il telescopio spaziale Fermi della NASA ha rilevato un lampo luminoso di raggi gamma. Ciò ha permesso ai ricercatori di individuare rapidamente la direzione da cui provenivano le onde.
Avvisato da un astronomo Telegram, migliaia di astronomi in tutto il mondo si sono dati da fare per fare osservazioni e iniziare a raccogliere dati aggiuntivi dalla fusione di stelle di neutroni.
Questa animazione mostra come i telescopi LIGO, Vergine e spaziali e terrestri si sono ingranditi sulla posizione delle onde gravitazionali rilevate il 17 agosto 2017 da LIGO e Virgo. Combinando i dati delle missioni spaziali Fermi e Integrale con i dati di LIGO e Virgo, gli scienziati sono stati in grado di limitare la sorgente delle onde a una zona di cielo di 30 gradi quadrati. I telescopi a luce visibile cercarono un gran numero di galassie in quella regione, rivelando alla fine NGC 4993 come fonte di onde gravitazionali. (Questo evento è stato successivamente designato come GW170817.)
"Questo evento ha la localizzazione del cielo più precisa di tutte le onde gravitazionali rilevate finora", ha dichiarato Jo van den Brand, portavoce della collaborazione con la Vergine. "Questa precisione record ha permesso agli astronomi di eseguire osservazioni di follow-up che hanno portato a una pletora di risultati mozzafiato."
Ciò fornisce la prima vera prova che le onde luminose e gravitazionali viaggiano alle stesse velocità - vicino alla velocità della luce - come previsto da Einstein.
Sono stati coinvolti osservatori dal più piccolo al più noto, facendo rapidamente osservazioni. Inizialmente brillante, l'evento è svanito in meno di 6 giorni. Howell disse che la luce osservata era 2 milioni di volte più luminosa del Sole nel corso delle prime ore, ma poi si sbiadì per alcuni giorni.
La Dark Energy Camera (DECam), montata sul telescopio Blanco da 4 metri presso l'Osservatorio interamericano di Cerro Tololo nelle Ande cilene, è stato uno degli strumenti che ha contribuito a localizzare la fonte dell'evento.
"La sfida che affrontiamo ogni volta che la collaborazione di LIGO emette un nuovo fattore di osservazione è come cercare una fonte che sta rapidamente sbiadendo, forse è svenuta all'inizio, e si trova da qualche parte laggiù", ha affermato Marcelle Soares-Santos , della Brandeis University durante il briefing. È la prima autrice dell'articolo che descrive il segnale ottico associato alle onde gravitazionali. "È la classica sfida di trovare un ago in un pagliaio con l'ulteriore complicazione che l'ago è lontano e il pagliaio si sta muovendo".
Con il DECam, furono rapidamente in grado di determinare la galassia sorgente e di escludere altri 1.500 candidati presenti in quel pagliaio.
"Le cose che sembrano questi" aghi "sono molto comuni, quindi dobbiamo assicurarci di avere quello giusto. Oggi siamo certi di averlo ”, ha aggiunto Soares-Santos.
Nel minuscolo dipartimento, un piccolo telescopio robotizzato da 16 pollici chiamato PROMPT (Panchromatic Robotic Optical Monitoring and Polarimetry Telescope) - che l'astronomo David Sand dell'Università dell'Arizona ha descritto a "fondamentalmente un telescopio amatoriale truccato", ha anche contribuito a determinare la fonte. Sand ha affermato che ciò dimostra che anche i piccoli telescopi possono svolgere un ruolo nell'astronomia multimessenger.
Il noto è guidato da Hubble e da molti altri osservatori spaziali della NASA e dell'ESA, come le missioni Swift, Chandra e Spitzer. Hubble catturò le immagini della galassia in luce visibile e infrarossa, assistendo a un nuovo oggetto luminoso all'interno di NGC 4993 che era più luminoso di una nova ma più debole di una supernova. Le immagini hanno mostrato che l'oggetto è sbiadito notevolmente durante i sei giorni delle osservazioni di Hubble. Utilizzando le capacità spettroscopiche di Hubble, i team hanno anche trovato indicazioni di materiale espulso dai kilonova alla velocità di un quinto della velocità della luce.
"Questo è un punto di svolta per l'astrofisica", ha detto Howell. "Cento anni dopo che Einstein ha teorizzato le onde gravitazionali, le abbiamo viste e ricondotte alla loro fonte per trovare un'esplosione con una nuova fisica del tipo che avevamo solo sognato prima."
Ecco alcune delle intuizioni create da questo singolo evento, usando l'astronomia multimessenger:
* Raggi gamma: Questi lampi di luce sono ora definitivamente associati alla fusione di stelle di neutroni e aiuteranno gli scienziati a capire come funzionano le esplosioni di supernova, ha spiegato Richard OShaughnessy, anche del Rochester Institute of Technology e un membro del team LIGO. "Le misurazioni iniziali dei raggi gamma, combinate con il rilevamento delle onde gravitazionali, confermano ulteriormente la teoria generale della relatività di Einstein, che prevede che le onde gravitazionali dovrebbero viaggiare alla velocità della luce", ha affermato.
* La fonte di oro e platino: "Queste osservazioni rivelano le impronte digitali dirette degli elementi più pesanti nella tavola periodica", ha detto Edo Berger, del Centro di astrofisica di Harvard Smithsonian, intervenendo al briefing. “La collisione delle due stelle di neutroni ha prodotto 10 volte la massa della Terra solo in oro e platino. Pensa a come questi materiali volano fuori da questo evento, alla fine si combinano con altri elementi per formare stelle, pianeti, vita ... e gioielli ".
Berger ha aggiunto qualcos'altro a cui pensare: le originali esplosioni di supernova di queste stelle hanno prodotto tutti gli elementi pesanti fino a ferro e nichel. Quindi nei kilonova in questo sistema unico, possiamo vedere la storia completa di come è nata la tavola periodociale degli elementi pesanti.
Howell ha detto che quando dividi le firme degli elementi pesanti in uno spettro, crei un arcobaleno. "Quindi c'era davvero una pentola d'oro alla fine dell'arcobaleno, almeno un arcobaleno di kilonova", ha scherzato.
* Astronomia di fisica nucleare: "Alla fine, più osservazioni come questa scoperta ci diranno come funzionano i nuclei nel nostro corpo", ha detto O ShaSnessness. "Gli effetti della gravità sulle stelle di neutroni ci diranno come si comportano le grandi sfere di neutroni e, di conseguenza, le piccole sfere di neutroni e protoni - le cose all'interno del nostro corpo che costituiscono la maggior parte della nostra massa"; e
* Cosmologia: - "Gli scienziati ora possono misurare in modo indipendente la velocità con cui l'universo si sta espandendo confrontando la distanza con la galassia contenente il bagliore luminoso della luce e la distanza inferita dalla nostra osservazione delle onde gravitazionali", ha detto O 'Sughnessy.
"La capacità di studiare lo stesso evento sia con le onde gravitazionali che con la luce è una vera rivoluzione in astronomia", ha affermato l'astronomo Tony Piro del CfA. "Ora possiamo studiare l'universo con sonde completamente diverse, il che insegna cose che non potremmo mai conoscere solo con l'una o l'altra."
"Per me, ciò che ha reso questo evento così sorprendente è che non solo abbiamo rilevato onde gravitazionali, ma abbiamo visto la luce attraverso lo spettro elettromagnetico, visto da 70 osservatori in tutto il mondo", ha dichiarato David Reitz, portavoce scientifico di LIGO, alla stampa di oggi riunione. “Questa è la prima volta che il cosmo ci fornisce l'equivalente dei film con il suono. Il video è l'astronomia osservativa attraverso varie lunghezze d'onda e il suono è onde gravitazionali. ”
Fonti: Osservatorio di Las Cumbres, Telescopio spaziale Hubble, Rochester Institute of Technology, Kilonova.org, CfA, incontro con la stampa.
Podcast (audio): Download (Durata: 9:12 - 8.4MB)
Abbonati: podcast Apple | Android | RSS
Podcast (video): Download (Durata: 9:12 - 74.5 MB)
Abbonati: podcast Apple | Android | RSS
