Segnalato un evento d’onda gravitazionale, Probabile creazione di un buco nero


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La spettacolare fusione di due stelle di neutroni che ha generato onde gravitazionali che è stata annunciata lo scorso autunno probabilmente ha fatto qualcos’altro: ha creato un buco nero. Questo buco nero appena generato sarebbe il buco nero con la più piccola massa mai scoperto.

Un nuovo studio ha analizzato i dati dell’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA rilevati nei giorni, settimane e mesi successivi al rilevamento delle onde gravitazionali da parte dell’Interferometro Laser Gravitational Wave Observatory (LIGO) e dei raggi gamma dalla missione Fermi della NASA il 17 agosto 2017.

Mentre quasi ogni telescopio a disposizione degli astronomi professionisti osservava questa sorgente, conosciuta ufficialmente come GW170817, i raggi X osservati da Chandra sono fondamentali per capire cosa accadde dopo che le due stelle di neutroni si scontrarono.

Dai dati LIGO gli astronomi hanno una buona stima che la massa dell’oggetto risultante dalla fusione delle stelle di neutroni sia circa 2,7 volte la massa del Sole. Questo implica che o è la stella di neutroni più massiccia mai trovata o il buco nero con la più piccola massa mai trovato. I precedenti detentori di record per quest’ultimo sono non meno di circa quattro o cinque volte la massa del Sole.

“Le stelle di neutroni e i buchi neri non sono più così misteriosi, ne abbiamo studiati molti in tutto l’universo usando telescopi come Chandra”, ha detto Dave Pooley della Trinity University di San Antonio, Texas, che ha condotto lo studio. “Questo significa che abbiamo sia dati che teorie su come ci aspettiamo che tali oggetti si comportino ai raggi X”.

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Le osservazioni di Chandra sono eloquenti, non solo per ciò che hanno rivelato, ma anche per ciò che non hanno trovato. Se le stelle di neutroni si fondessero e formassero una stella di neutroni più pesante, allora gli astronomi si aspetterebbero che ruotasse rapidamente e generasse un campo magnetico molto forte. Questo, a sua volta creerebbe una bolla in espansione di particelle ad alta energia che produrrebbe un’emissione luminosa di raggi X. Invece, i dati di Chandra mostrano livelli di raggi X che sono un fattore da poche a diverse centinaia di volte più bassi del previsto per una stella di neutroni che ruota rapidamente e si fonde, il che implica che probabilmente si sia formato invece un buco nero.

Se confermato, questo risultato mostra che la ricetta per fare un buco nero a volte può essere complicata. Nel caso del GW170817, sarebbero state necessarie due esplosioni di supernova che hanno lasciato due stelle di neutroni in un’orbita sufficientemente stretta per la radiazione delle onde gravitazionali da riunire le stelle di neutroni.

“Possiamo aver risposto a una delle domande più fondamentali su questo evento abbagliante: che cosa ha fatto”, ha detto il co-autore Pawan Kumar dell’Università del Texas di Austin. “Gli astronomi hanno sospettato a lungo che le fusioni di stelle di neutroni avrebbero formato un buco nero e prodotto esplosioni di radiazioni, ma finora ci mancava un forte argomento a favore”.

Un’osservazione di Chandra due o tre giorni dopo l’evento non ha rilevato una fonte, ma le successive osservazioni 9, 15 e 16 giorni dopo l’evento hanno portato a dei rilevamenti. La fonte è andata dietro al Sole poco dopo, ma un ulteriore illuminamento è stato visto nelle osservazioni di Chandra circa 110 giorni dopo l’evento, seguito da un’intensità dei raggi X paragonabile dopo circa 160 giorni.

Confrontando le osservazioni di Chandra con quelle di Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) dell’NSF, Pooley e i suoi collaboratori spiegano che l’emissione di raggi X osservata è dovuta interamente all’onda d’urto – simile a un boom sonoro proveniente da un piano supersonico – della fusione che si infrange nel gas circostante. Non ci sono segni di raggi X derivanti da una stella di neutroni.

Le affermazioni del team di Pooley possono essere verificate mediante future osservazioni ai raggi X. Se il resto si rivela essere una stella di neutroni con un forte campo magnetico, allora la sorgente dovrebbe diventare molto più luminosa a raggi X e alle lunghezze d’onda radio in circa un paio di anni, quando la bolla di particelle ad alta energia raggiunge l’onda d’urto in decelerazione. Se si tratta effettivamente di un buco nero, gli astronomi si aspettano che continui a diventare più debole.

Se le osservazioni successive scopriranno che una stella di neutroni  è sopravvissuta, tale scoperta sfiderà le teorie sulla struttura delle stelle di neutroni e sulla loro massa.

“All’inizio gli astronomi potevano osservare solo le stelle di neutroni e i buchi neri nella nostra galassia, e ora stiamo osservando queste stelle esotiche attraverso tutto il cosmo”, ha detto il co-autore Bruce Grossan dell’Università della California a Berkeley. “Che momento emozionante da vivere, vedere strumenti come LIGO e Chandra che ci mostrano tante cose emozionanti che la natura ha da offrire”.


Un articolo che descrive questo risultato appare nell’ultimo numero di The Astrophysical Journal Letters ed è disponibile online. 

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