DALLE DUE STELLE DI NEUTRONI ALLE ONDE RADIO

Cataclisma gravitazionale avvolto in un bozzolo

Analizzando le onde radio emesse a seguito della fusione delle due stelle di neutroni rilevata l’estate scorsa, un team di astrofisici ha ricostruito l’intero scenario, ora pubblicato su Nature. E ha scoperto che di eventi del genere ne vedremo molti più del previsto, spiega a Media Inaf una delle autrici dello studio, Alessandra Corsi della Texas Tech University

Due diversi scenari per descrivere cos’è accaduto dopo la collisione delle due stelle di neutroni. In alto, un getto di materiale che si muove quasi alla velocità della luce viene sparato dal punto di collisione contro una sfera di materia inizialmente espulsa dall’esplosione. Se osservata da un angolo lontano (fuori asse) rispetto all’asse del getto, l’emissione a lungo termine in banda X e radio si indebolirebbe. In basso, invece, il getto, non riuscendo ad attraversare il guscio prodotto dall’esplosione, trascina con sé la materia che lo compone dando luogo a un grande “bozzolo”, una struttura in grado di assorbire l’energia del getto ed emettere raggi X e onde radio su un angolo più ampio. In questo scenario, l’emissione continua per un certo tempo ad aumentare d’intensità, proprio come osservato dai radiotelescopi e dai telescopi per i raggi X. Crediti: Nrao/Aui/Nsf: D. Berry

Qualcuno magari ricorderà Cocoon, film di fantascienza degli anni Ottanta diretto da Ron Howard. Lì i bozzoli (in inglese, cocoon) del titolo ospitavano creature aliene. Il “bozzolo” descritto nell’ultimo numero di Nature è invece un’enorme struttura di materia che si forma a seguito di un cataclisma cosmico: la fusione di due stelle di neutroni. È ciò che ha scoperto un team di ricercatori, guidato da Kunal Mooley del National Radio Astronomy Observatory (Nrao) statunitense, analizzando i segnali radio – raccolti dal Very Large Array in tre mesi d’osservazioni –  emessi dall’evento all’origine delle onde gravitazionali registrate il 17 agosto scorso.

All’inizio, la fusione dei due oggetti superdensi – due stelle di neutroni – ha causato un’esplosione, chiamata kilonova, che ha scagliato verso l’esterno un guscio sferico di materia residua. Le stelle di neutroni sono collassate in quel che resta di quella fusione, probabilmente un buco nero, la cui potente gravità ha riattratto a sé materia circostante. Materia che ha dato luogo a un disco in rapidissima rotazione, che ha a sua volta generato due jet (getti) di materiale emesso a velocità relativistiche.

Confrontando i dati raccolti dai telescopi a varie lunghezze d’onda, è emerso che i due getti non erano esattamente allineati con la Terra, bensì almeno un po’ fuori asse. Un assetto che spiegherebbe come mai le emissioni in banda radio e in banda X siano state osservate non in concomitanza con le onde gravitazionali ma più tardi – nel caso delle onde radio registrate dal Very Large Array, per esempio, solo a partire dal 2 settembre, dunque oltre due settimane dopo l’evento.

Ma se fosse tutto qui – un getto non del tutto allineato (vedi riquadro in alto nell’immagine di apertura) – avremmo dovuto assistere a un lento scemare dell’emissione X e radio. Invece ciò che gli scienziati hanno osservato è che l’emissione in queste bande, con il passare dei giorni, andava intensificandosi. Uno scenario che, per essere compreso, richiedeva un ulteriore componente, oltre al getto non perfettamente allineato con la Terra: un cocoon, appunto. Un bozzolo avvolgente di materia in grado di frenare e in parte disperdere i getti relativistici, i due jet (vedi riquadro in basso). Una conclusione, questa, con importanti conseguenze.

«Il fatto che sia stato confermato il modello a cocoon», spiega infatti a Media Inaf una delle autrici dello studio, Alessandra Corsi, laurea e dottorato alla Sapienza e oggi assistant professor al Dipartimento di fisica e astronomia della Texas Tech University, «suggerisce che, per gli altri sistemi binari in collisione che LIGO e Virgo rileveranno in futuro, potremo trovare una controparte radio anche quando il jet ultra relativistico lanciato nella collisione non è perfettamente allineato con la Terra. In altre parole, i dati confermano che in aggiunta al materiale ultra relativistico e collimato del jet, la collisione produce anche del materiale più lento, che viene lanciato ad angoli più ampi rispetto alla direzione del jet stesso. Questo materiale costituisce il cosiddetto cocoon e può dar vita a segnali radio rilevabili. Le implicazioni di tutto ciò sono estremamente incoraggianti: l’astronomia multi-messaggera è una realtà! In futuro, avremo modo di studiare stelle di neutroni in collisione non solo tramite le onde gravitazionali, ma anche nel radio».

Alessandra Corsi. Fonte: sito web del Department of Physics and Astronomy della Texas Tech University

«Ci aspettiamo di essere in grado di osservare fusioni di stelle di neutroni in radio anche quando il nostro punto di vista non è ottimale», aggiunge Corsi, «ovvero anche quando la Terra non è perfettamente allineata col jet – cosa che ha maggiori probabilità di realizzarsi rispetto al perfetto allineamento. La perfezione in natura è una cosa rara, ma il bello in questo caso è che la perfezione non è necessaria: anche in situazioni non ottimali, le fusioni di stelle di neutroni non passeranno inosservate a telescopi radio sensibili come il Very Large Array».

Per saperne di più:

  • Leggi su Nature l’articolo “A mildly relativistic wide-angle outflow in the neutron-star merger event GW170817”, di P. Mooley, E. Nakar, K. Hotokezaka, G. Hallinan, A. Corsi, D. A. Frail, A. Horesh, T. Murphy, E. Lenc, D. L. Kaplan, K. De, D. Dobie, P. Chandra, A. Deller, O. Gottlieb, M. M. Kasliwal, S. R. Kulkarni, S. T. Myers, S. Nissanke, T. Piran, C. Lynch, V. Bhalerao, S. Bourke, K. W. Bannister e L. P. Singer