Cala il sipario sulla kilonova

Immagine presa nei raggi X dal telescopio spaziale Xmm-Newton dell’Esa che mostra l’emissione associata alla sorgente di onde gravitazionali Gw170817 e quella associata al nucleo della galassia ospite, NGC 4993 . Crediti: Esa/Xmm-Newton, P. D’Avanzo (Inaf)

È stato un lento ma costante crescendo durato oltre cento giorni, poi alla fine anche il flusso di raggi X associato al primo evento di fusione di due stelle di neutroni, rivelato contemporaneamente grazie all’emissione di onde gravitazionali ed elettromagnetiche, è iniziato a diminuire. A osservare questa inversione di tendenza è stato un gruppo di ricercatori guidato da Paolo D’Avanzo, dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf), utilizzando i dati raccolti dal satellite dell’Esa Xmm-Newton. Le future misurazioni del flusso di raggi X associato alla sorgente nota con la sigla Gw 170817, la cui scoperta di fatto ha segnato la nascita della “astronomia multimessaggero”, permetteranno agli scienziati di capire meglio il processo di fusione dei due corpi celesti e il modo con cui è stata rilasciata l’immane quantità di energia associata all’evento.

Il 17 agosto 2017 gli interferometri Ligo e Virgo hanno rivelato per la prima volta un segnale di onde gravitazionali emesso dallo scontro di due stelle di neutroni avvenuto in una galassia distante circa 130 milioni di anni luce da noi. Questa collisione cosmica, battezzata Gw 170817, ha prodotto un’emissione luminosa che è stata osservata in tutte le lunghezze d’onda dello spettro elettromagnetico, dai raggi gamma fino alle onde radio.

La quantità di informazioni scientifiche che è stato possibile ricavare dall’osservazione di questo singolo evento è enorme. Lo studio dell’emissione ottica e infrarossa, detta di “kilonova”, ha svelato il meccanismo principale responsabile dell’origine degli elementi più pesanti del ferro, prodotti da reazioni nucleari che avvengono nella materia espulsa nello spazio in seguito alla collisione delle due stelle di neutroni. Inoltre, un breve e debole lampo di raggi gamma (un Grb, o gamma-ray burst) è stato osservato solo due secondi dopo l’evento gravitazionale, seguito, a giorni di distanza, da emissione nelle bande X e radio.

Rappresentazione artistica di due stelle di neutroni piccolissime, ma molto dense, sul punto di fondersi e esplodere come kilonova. Crediti: Eso/L. Calçada/M. Kornmesser

Mentre l’emissione ottica e infrarossa associata all’evento gravitazionale è andata affievolendosi in poche settimane, l’emissione nei raggi X e nel radio del lampo di raggi gamma prodotto dalla fusione delle due stelle di neutroni è andata crescendo nel tempo. Dopo mesi di monitoraggio, un’osservazione effettuata con il satellite europeo Xmm-Newton lo scorso 29 dicembre, 135 giorni dopo l’evento gravitazionale, ha fornito la prima indicazione che l’emissione del Grb nei raggi X aveva smesso di crescere, raggiungendo il suo picco. «Questa osservazione rappresenta un punto cruciale della campagna osservativa dedicata a questa sorgente, che ha coinvolto finora i principali telescopi da Terra e dallo spazio» commenta D’Avanzo. «Come confermato da osservazioni indipendenti effettuate nelle settimane successive nelle bande X e radio, una volta raggiunto il picco, l’emissione della sorgente ha iniziato ad affievolirsi».

Si ritiene che l’emissione elettromagnetica dei Grb sia originata dall’espulsione di getti di materia a velocità prossime a quelle della luce. Tuttavia il Grb associato a Gw 170817 è stato di gran lunga il più debole mai osservato fino ad oggi. La prima, più semplice, spiegazione proposta dagli astrofisici è che il getto di questo Grb non fosse puntato esattamente verso la Terra. Esiste però anche un’ipotesi alternativa, altrettanto valida. L’emissione del Grb potrebbe essere stata isotropa (cioè uguale in tutte le direzioni), anziché confinata in getti.

«Continuando le osservazioni, sarà possibile distinguere per la prima volta tra i diversi scenari teorici proposti» conclude D’Avanzo. «La diversa velocità di decadimento del flusso che verrà osservata nei prossimi mesi nelle varie bande elettromagnetiche fornirà un’indicazione precisa sulla geometria dell’emissione del Grb, permettendo di distinguere tra emissione isotropa ed emissione confinata in getti».

Anche per Marica Branchesi, ricercatrice e assistant professor presso il Gran Sasso Science Institute a L’Aquila, nonché ricercatrice Infn e coautrice dello studio, pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics, «la fusione delle stelle di neutroni captata dalle antenne Virgo e Ligo continua a fornirci sorprese. Il satellite Xmm-Newton di Esa è stato il primo satellite ad osservare un appiattimento dell’emissione X dopo mesi di crescita. Anche dal radio e dall’ottico sappiamo ora che l’emissione sta diminuendo. Le osservazioni continueranno nei prossimi mesi per capire l’origine della luce che osserviamo».

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Fonte: Cala il sipario sulla kilonova