Perché l'ultima scoperta di LIGO e Virgo segna una nuova era dell'astronomia

La straordinaria osservazione astronomica dello scontro tra due stelle di neutroni è il risultato del lavoro congiunto di oltre 70 osservatori, che hanno comunicato in tempo reale per coordinare gli sforzi. Per l'astrofisica è stato come passare da un film muto a uno sonoro.

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La ricostruzione artistica dello scontro tra due stelle di neutroni. | Robin Dienel / Carnegie Institution for Science

Se la prima individuazione di onde gravitazionali, nel settembre 2015, ha aperto la strada a un nuovo, fondamentale strumento di osservazione astronomica, l'annuncio diffuso ieri della nascita di una nuova stella studiata "in diretta" è, per certi versi, ancora più entusiasmante.

 

Non solo perché la coalescenza tra due stelle di neutroni - l'evento cosmico GW170817, le cui onde gravitazionali sono state captate dai rilevatori di LIGO e Virgo - ci permette finalmente di studiare questi densissimi oggetti celesti, un solo cucchiaino dei quali ha la stessa massa di una montagna terrestre.

 

Ma anche perché si è trattato di uno degli eventi astronomici più documentati di sempre: abbiamo studiato la sua "onda d'urto" sotto forma di onde gravitazionali; individuato i suoi lampi gamma, appena due secondi dopo lo scontro; e nelle ore successive, lo abbiamo osservato nella luce visibile, all'infrarosso, negli ultravioletti, ai raggi X, fino a captarne le onde radio. All'appello mancano solo i neutrini (e questo è un risultato su cui si dovrà indagare).

 

ASTRONOMIA MULTI-MESSAGGerO. L'evento rappresenta una svolta per l'astronomia in due sensi. Il primo è l'entrata in quella che è definita l'astronomia multi-messaggero, ovvero lo studio contemporaneo di tutte le informazioni fisiche disponibili, da quelle elettromagnetiche a quelle gravitazionali.

 

Nell'astronomia multi-messaggero, di fatto, vengono analizzate congiuntamente informazioni gravitazionali ed elettromagnetiche, ma anche da neutrini e raggi cosmici, per ottenere una descrizione più completa di molti oggetti astrofisici, nonché una più profonda verifica delle attuali leggi della fisica.

 

Salto di qualità. Questa simultaneità e cooperazione delle osservazioni rende necessario un secondo tipo di svolta: l'astronomia passa da scienza per lo più solitaria e silenziosa, a disciplina collaborativa e segnata da un sistema di comunicazione in tempo reale, che ha permesso di documentare lo scontro in tempo reale, mentre le tracce della collisione consumatasi 130 milioni di anni fa arrivavano fino a noi.

 

Per fare un paragone cinematografico, è come se fossimo passati da un film muto a un colossal con una colonna sonora d'autore, il tutto con una decina di anni di anticipo.

 

Il messaggio di testo originale del 17 agosto che allerta i ricercatori del LIGO della rilevazione di un evento di coalescenza tra binarie compatte (CBC). | Chad Hanna, CC BY-ND

I primi segnali. Il 17 agosto alle 14:41:04 i rilevatori di LIGO e Virgo intercettano l'onda gravitazionale GW170817. Dopo 40 minuti dirameranno un alert. Soltanto due secondi più tardi, alle 14:41:06, il Gamma-ray Burst Monitor del telescopio della Nasa Fermi (GMB) individua un intenso lampo gamma, e 14 secondi dopo diffonde una segnalazione.

 

Questa volta è diverso. Altri quattro treni di onde gravitazionali sono stati rilevati in passato, ma questo è il primo a verificarsi in contemporanea a un'emissione di lampi gamma. Questo indizio e la massa di ciascuno dei due oggetti - 1,2 e 1,5 masse solari rispettivamente - puntano nella direzione di due stelle di neutroni, una coalescenza a lungo attesa e diversa da quelle di buchi neri osservate finora.

 

Il sistema di triangolazione tra rilevatori di LIGO e Virgo che permette di circoscrivere la regione di Spazio da cui provengono le onde gravitazionali (in verde). | . LIGO/Virgo/NASA/Leo Singer (Milky Way image: Axel Mellinger)

Tutti sul pezzo! Mentre i tre rilevatori di LIGO e Virgo lavorano alla triangolazione del segnale, per capirne la provenienza, l'informazione si diffonde ad oltre 70 altri osservatori secondo una rete sviluppata in precedenza: c'è un evento anomalo e bisogna osservarlo subito, in ogni sfumatura dello spettro elettromagnetico. Di questi messaggi di allerta, nelle ore e nei giorni successivi, ne partiranno oltre 200.

 

Dieci ore più tardi arrivano le prime notizie dell'individuazione dello scontro nella luce visibile, in una galassia nota come NGC 4993.

 

Aprono le danze gli osservatori dell'ESO situati in Cile, seguiti da molti altri. Dopo 11 ore e 36 minuti arriva dall'INAF la conferma del segnale nell'infrarosso, tempo 15 ore e la radiazione viene osservata nell'ultravioletto. Nove giorni più tardi, il telescopio spaziale Chandra registra il segnale ai raggi X, e 16 giorni più tardi se ne rilevano anche le onde radio.

 

La controparte ottica del segnale GW170817. Le immagini sono state acquisite a due settimane di distanza una dall'altra. | Soares-Santos et al. and DES Collaboration

Metalli preziosi. Nel frattempo, Hubble ha misurato il moto e la composizione chimica del materiale del nuovo oggetto celeste, una kilonova: nelle nubi di detriti espulsi dalle stelle di neutroni in collisione sono state forgiate grandi quantità di alcuni degli elementi più pesanti dell'Universo, in pratica centinaia di masse terrestri di oro e platino.

 

In futuro. Migliorando questi sistemi di comunicazione istantanea si potrà forse identificare in anticipo la regione di provenienza delle onde gravitazionali, in modo da avere tutti gli strumenti già puntati in quella direzione. Si è aperta una nuova era dell'astronomia, più brillante che mai.

 

17 ottobre 2017 | Elisabetta Intini