Così nasce una nuova astronomia multimessenger

Non ancora smaltita la sbornia dopo l’assegnazione del Nobel ai suoi padri fondatori, LIGO insieme al suo partner italiano Virgo, fa di nuovo notizia con una rilevazione anche questa storica che coinvolge una sorgente diversa da quelle finora osservate, limitate alla fusione di buchi neri, ovvero le stelle di neutroni. Spieghiamo cosa sono e proviamo a dare un’idea del perchè tutto questo è interessante.

Come nascono le stelle di neutroni

Le stelle di neutroni risultano quando una stella esaurisce il proprio combustibile dato dalla fusione nucleare dei suoi elementi più leggeri. Quando questo succede, la stella comincia a collassare su se stessa e a formare un corpo centrale molto denso. Se la massa è troppo elevata per formare una nana bianca o troppo piccola per formare un buco nero, si forma una stella di neutroni dopo, comunque, un evento estremamente energetico ed esplosivo che è detto supernova. Per dare un’idea, le stelle di neutroni hanno masse in genere da una a tre volte quella del sole ma di dimensioni di una decina di chilometri. Immaginate quindi quanto possano essere dense!

L’evento osservato dai sistemi LIGO e Virgo è stato quello della fusione di due stelle di neutroni con la produzione di raggi gamma. Questi ultimi sono il tipo di radiazione elettromagnetica più energetica. In realtà, quello che è successo è che il telescopio spaziale della NASA, Fermi, ha rilevato i raggi gamma e il sistema LIGO-Virgo ha trovato il segnale dell’onda gravitazionale nei propri dati, arrivato circa 2 secondi prima. L’evento è stato oggetto di studio da parte di tutti gli osservatori di tutto il mondo. LIGO e Virgo, attraverso la triangolazione, hanno confermato che la sorgente dell’evento fosse nella galassia NGC4993. Che tipo di segnale è stato osservato? Le stelle di neutroni, prima della fusione, orbitano molto velocemente una attorno all’altra. Quando le orbite, prima lentamente poi sempre più velocemente, si restringono (“inspiral”) si producono delle onde gravitazionali che aumentano in frequenza (“chirp”) man mano che le due stelle si avvicinano.

Perché è una scoperta storica

La ragione per cui tutto questo è importante è perché è la prima volta che onde di diversa natura, elettromagnetiche e gravitazionali, provenienti dalla stessa sorgente sono state rilevate. È la nascita dell’astronomia multimessenger e ci consentirà di analizzare l’universo comprendendone più a fondo le caratteristiche, i dettagli. È la prima volta che abbiamo una visione così completa di un processo avvenuto nell’universo. Per esempio, questa osservazione è una conferma che la sorgente di brevi lampi di raggi gamma sono prodotti dalla fusione delle stelle di neutroni. Insieme alle altre radiazioni, è stata anche osservata l’emissione dovuta al decadimento radioattivo di elementi pesanti. Si sono quindi potuto definire le energie rilevanti dell’evento, informazioni sulla materia emessa.

Le osservazioni sono coerenti con i limiti delle masse per le stelle di neutroni, comprese fra 1-2 masse solari, ad una distanza di circa 40 Mpc o 130 milioni di anni luce. Questo lo rende l’evento più vicino mai osservato, un evento che ha prodotto la rilevazione di un segnale lungo 20 secondi, molto, molto più lungo di quelli fino ad ora osservati dalla fusione dei buchi neri. Inoltre, si è stati in grado di misurare, in modo del tutto indipendente rispetto ai metodi utilizzati fino ad oggi, la costante di espansione dell’universo, H₀ , fissandola a 70 km, sec^-1 Mpc^-1 . Purtroppo, per quanto vicino ai valori conosciuti, questo non risolve un dibattito noto nella comunita’ circa il valore preciso della costante di Hubble.

Con l’aggiornamento di LIGO e Virgo, che dovrebbero riprendere a funzionare con una sensibilità migliorata alla fine del 2018, ci si aspetta fino a 50 segnali da sistemi binari di stelle di neutroni all’anno e fino a 120 entro il 2020. Diventa sempre più interessante la possibilità di avere una rete globale di rilevatori che insieme a sistemi come il Fermi GBM della NASA e l’INTEGRAL SPI-ACS consentirà di osservare le profondità dell’universo con occhi completamente nuovi. Fatemi, infine, ringraziare il mio amico fraterno Michele Zanolin, che fortemente mi ha voluto nel team delle Supernovae di LIGO. Gli devo moltissimo per una collaborazione scientifica che dura ormai da circa 2 anni, cominciata dopo la prima rilevazione di LIGO, e soprattutto per un’amicizia lunghissima che dura negli anni.