Gli scienziati per la prima volta nella storia hanno registrato onde gravitazionali dalla fusione di due stelle di neutroni: oggetti superdensi con una massa del nostro Sole e le dimensioni di Mosca. Il risultante lampo di raggi gamma e il lampo di kilonova sono stati osservati da circa 70 osservatori terrestri e spaziali: sono stati in grado di vedere il processo di sintesi di elementi pesanti, tra cui oro e platino, previsto dai teorici e confermare la correttezza delle ipotesi sulla natura dei misteriosi lampi di raggi gamma brevi, ha riferito il servizio stampa della collaborazione. LIGO / Virgo, European Southern Observatory e Los Cumbres Observatory. I risultati dell'osservazione possono far luce sul mistero della struttura delle stelle di neutroni e sulla formazione di elementi pesanti nell'Universo.
La mattina del 17 agosto 2017 (alle 8:41 ora della costa orientale degli Stati Uniti, quando erano le 15:41 a Mosca), i sistemi automatici su uno dei due rilevatori dell'osservatorio di onde gravitazionali LIGO hanno registrato l'arrivo di un'onda gravitazionale dallo spazio. Il segnale ha ricevuto la designazione GW170817, questo è stato il quinto caso di fissaggio delle onde gravitazionali dal 2015, da quando sono state registrate per la prima volta. Solo tre giorni prima, l'osservatorio LIGO ha "sentito" per la prima volta un'onda gravitazionale insieme al progetto europeo Virgo.
Tuttavia, questa volta, appena due secondi dopo l'evento gravitazionale, il telescopio spaziale Fermi ha rilevato un lampo di raggi gamma nel cielo meridionale. Quasi nello stesso momento, l'osservatorio spaziale europeo-russo INTEGRAL ha visto l'epidemia.
I sistemi automatici di analisi dei dati dell'osservatorio LIGO hanno concluso che la coincidenza di questi due eventi è estremamente improbabile. Durante la ricerca di ulteriori informazioni, è stato scoperto che l'onda gravitazionale è stata vista dal secondo rivelatore LIGO, nonché dall'osservatorio gravitazionale europeo Virgo. Gli astronomi di tutto il mondo furono avvisati della caccia alla fonte delle onde gravitazionali e dei lampi di raggi gamma, iniziarono molti osservatori, tra cui l'European Southern Observatory e il telescopio spaziale Hubble.
Modifica della luminosità e del colore della kilonova dopo l'esplosione.
Il compito non era facile - i dati combinati di LIGO / Virgo, Fermi e INTEGRAL consentivano di delineare un'area di 35 gradi quadrati - questa è un'area approssimativa di diverse centinaia di dischi lunari. Solo 11 ore dopo, il piccolo telescopio Swope con uno specchio metrico situato in Cile ha scattato la prima foto della presunta sorgente: sembrava una stella molto luminosa accanto alla galassia ellittica NGC 4993 nella costellazione dell'Idra. Nei cinque giorni successivi, la luminosità della sorgente è diminuita di 20 volte e il colore è passato gradualmente dal blu al rosso. Per tutto questo tempo, l'oggetto è stato osservato da molti telescopi in gamme dai raggi X agli infrarossi, fino a quando a settembre la galassia era troppo vicina al Sole e divenne inaccessibile per l'osservazione.
Gli scienziati hanno concluso che la fonte dell'epidemia si trovava nella galassia NGC 4993 a una distanza di circa 130 milioni di anni luce dalla Terra. È incredibilmente vicino, fino ad ora le onde gravitazionali ci sono arrivate da distanze di miliardi di anni luce. Grazie a questa vicinanza, abbiamo potuto ascoltarli. La fonte dell'onda era la fusione di due oggetti con masse comprese tra 1,1 e 1,6 masse solari: queste potrebbero essere solo stelle di neutroni.
Foto della sorgente delle onde gravitazionali - NGC 4993, con un flash al centro.
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Lo scoppio stesso "ha suonato" per un tempo molto lungo - circa 100 secondi, la fusione dei buchi neri ha prodotto esplosioni della durata di una frazione di secondo. Una coppia di stelle di neutroni ruotava attorno a un centro di massa comune, perdendo gradualmente energia sotto forma di onde gravitazionali e convergendo. Quando la distanza tra loro si è ridotta a 300 chilometri, le onde gravitazionali sono diventate abbastanza potenti da colpire la zona di sensibilità dei rilevatori gravitazionali LIGO / Virgo. Quando due stelle di neutroni si fondono in un oggetto compatto (stella di neutroni o buco nero), si verifica un potente lampo di radiazione gamma.
Gli astronomi chiamano tali lampi di raggi gamma brevi lampi di raggi gamma; i telescopi per raggi gamma li registrano circa una volta alla settimana. Se la natura dei GRB lunghi è più comprensibile (le loro fonti sono esplosioni di supernova), non c'era consenso sulle fonti delle brevi raffiche. C'era un'ipotesi che fossero generati da fusioni di stelle di neutroni.
Ora gli scienziati sono stati in grado di confermare questa ipotesi per la prima volta, perché grazie alle onde gravitazionali conosciamo la massa dei componenti fusi, il che dimostra che si tratta proprio di stelle di neutroni.
“Per decenni sospettiamo che i GRB corti stiano generando fusioni di stelle di neutroni. Ora, grazie ai dati di LIGO e Virgo su questo evento, abbiamo una risposta. Le onde gravitazionali ci dicono che gli oggetti fusi avevano masse corrispondenti a stelle di neutroni, e il lampo di raggi gamma ci dice che questi oggetti difficilmente potrebbero essere buchi neri, poiché la collisione dei buchi neri non dovrebbe generare radiazioni , afferma Julie McEnery, responsabile del progetto presso il Fermi Center. volo spaziale NASA di nome Goddard.
Inoltre, per la prima volta gli astronomi hanno ricevuto una conferma inequivocabile dell'esistenza dei bagliori kilon (o "macron"), che sono circa 1000 volte più potenti dei razzi nova convenzionali. I teorici hanno previsto che i kilonov potrebbero derivare dalla fusione di stelle di neutroni o una stella di neutroni e un buco nero.
Ciò innesca la sintesi di elementi pesanti, basata sulla cattura dei neutroni da parte dei nuclei (processo r), a seguito della quale molti degli elementi pesanti, come l'oro, il platino o l'uranio, sono apparsi nell'Universo.
Secondo gli scienziati, con un'esplosione di una kilonova, può sorgere un'enorme quantità di oro, fino a dieci volte la massa della luna. Fino ad ora, è stato osservato un solo evento che potrebbe essere un'esplosione di kilonova.
Ora gli astronomi hanno potuto osservare per la prima volta non solo la nascita della kilonova, ma anche i prodotti del suo "lavoro". Gli spettri ottenuti con i telescopi Hubble e VLT (Very Large Telescope) hanno mostrato la presenza di cesio, tellurio, oro, platino e altri elementi pesanti formati dalla fusione di stelle di neutroni.
“Finora, i dati che abbiamo ricevuto sono in ottimo accordo con la teoria. È un trionfo per i teorici, una conferma dell'assoluta realtà degli eventi registrati dagli osservatori LIGO e VIrgo, e un risultato notevole per l'ESO ottenere tali osservazioni della kilonova”, afferma Stefano Covino, il primo autore di un articolo su Nature Astronomy.
Gli scienziati non hanno ancora una risposta alla domanda su ciò che rimane dopo la fusione delle stelle di neutroni: può essere un buco nero o una nuova stella di neutroni, inoltre, non è del tutto chiaro perché il lampo di raggi gamma fosse relativamente debole.
Le onde gravitazionali sono onde di oscillazione della geometria dello spazio-tempo, la cui esistenza è stata predetta dalla teoria della relatività generale. Per la prima volta, la collaborazione LIGO ha annunciato il suo rilevamento affidabile nel febbraio 2016, 100 anni dopo le previsioni di Einstein.
Alexander Voytyuk
