IL GETTO RELATIVISTICO DI GW 170817 NEL MIRINO DI HUBBLE

Quell’emissione in apparenza più veloce della luce

Grazie ai dati ottenuti dal telescopio spaziale Hubble, un team di astronomi guidati dal California Institute of Technology di Pasadena, in California, ha determinato la velocità del getto relativistico emesso dopo l'evento Gw 170817, la prima fusione di due stelle di neutroni mai rilevata contemporaneamente nelle onde gravitazionali e in quelle elettromagnetiche: viaggiava a circa il 99,97 per cento della velocità della luce. Tutti i dettagli su Nature

     17/10/2022
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Illustrazione artistica di due stelle di neutroni in coalescenza. Lo scontro tra i due densi resti stellari provoca un’esplosione astronomica chiamata kilonova, seguita dall’emissione di getti espulsi a velocità prossime a quelle della luce, come quello osservato da Hubble in questo studio. Crediti: Elizabeth Wheatley/Stsci

Nell’estate del 2017 oltre 60 osservatori da terra e dallo spazio hanno assistito a un evento senza precedenti. Stiamo parlando di Gw 170817, lo scontro di due stelle di neutroni la cui emissione è stata osservata in tutte le lunghezze d’onda dello spettro elettromagnetico, dai raggi gamma fino alle onde radio, e nelle onde gravitazionali, segnando la nascita della “astronomia multimessaggero”.

Giorni dopo l’evento, che ha prodotto una kilonova – un’esplosione mille volte più luminosa di una nova –, è stata osservata l’emissione di un getto relativistico collimato, spinto dalla titanica collisione nel circostante mezzo interstellare. L’ipotesi è che a produrre questo getto di particelle sia il buco nero formatosi dalla coalescenza dei due densi relitti stellari (ma non è escluso che dalla coalescenza si sia formata una nuova stella di neutroni), la cui potente gravità ha iniziato ad attirare materiale verso di sé; materiale che ha formato un disco di accrescimento dal quale è emerso il getto in questione, “sparato” verso l’esterno dai suoi poli.

Il telescopio spaziale Hubble ha messo gli occhi su questo getto di particelle ad alta energia, determinandone la velocità. Ma non è finita: combinando queste osservazioni con quelle di altri osservatori è stato possibile calcolare anche le coordinate celesti del luogo della fusione.

Hubble ha iniziato a osservare in direzione della sorgente del segnale Gw 170817 due giorni dopo la sua rilevazione.  I dati ottenuti dal telescopio spaziale indicano che il getto si muoveva inizialmente a una velocità apparente di sette volte la velocità della luce, per poi decelerare a una velocità – sempre apparente – di quattro volte la velocità della luce. Naturalmente, nulla può superare la velocità della luce: il moto superluminale di cui parlano i ricercatori nello studio che riporta i risultati delle osservazioni, pubblicato su Nature il 12 ottobre scorso, è solo un’illusione. Il getto si muove infatti a una velocità che è prossima a quella della luce.

Ma a cosa è dovuta questa illusione? Mentre si muove verso di noi ad altissima velocità, il getto continua a emettere luce, che impiegherà meno tempo a raggiungere la Terra in quanto nel frattempo il getto stesso si è avvicinato. Questo comporta una sottostima dell’intervallo di tempo trascorso dall’emissione della luce da parte del getto stesso, con una conseguente sovrastima della velocità dell’oggetto, in questo caso apparentemente superiore alla velocità della luce. La realtà è invece che il getto insegue la propria luce.

«Il nostro risultato indica che, quando è stato lanciato, il getto si muoveva almeno al 99,97 per cento della velocità della luce», dice Wenbin Lu, ricercatore all’Università della California a Berkeley, tra gli autori dello studio.

Come anticipato, le osservazioni di Hubble hanno permesso di stabilire anche la posizione nella volta celeste del luogo della fusione. Le misurazioni condotte otto giorni dopo l’evento utilizzando i dati del telescopio spaziale combinati con quelli raccolti dai radiotelescopi della rete Vlbi e con quelli ottenuti dal satellite Gaia dell’Esa indicano che la posizione della fusione ha un’ascensione retta (Ra) e una declinazione (Dec) – la longitudine e la latitudine di un oggetto astronomico riferite alla volta celeste – rispettivamente di 13:09:48.06847 e -23:22:53.3906, scrivono i ricercatori.

Questo lavoro, concludono, apre la strada a ulteriori studi sulle fusioni di stelle di neutroni. In futuro, con un maggior numero di osservazioni di questi eventi nei prossimi anni, lo studio di getti relativistici da fusione di stelle di neutroni potrebbe fornire un metodo indipendente per la  misurazione del tasso di espansione dell’universo, associato a un numero noto come costante di Hubble.

Le misurazioni di Hubble, inoltre, combinate con le misurazioni Vlbi annunciate nel 2018, rafforzano notevolmente la presunta connessione tra le fusioni di stelle di neutroni e lampi di raggi gamma corti. Tale connessione richiede l’emergere di un getto in rapido movimento che ora per Gw 170817 è stato misurato.

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