Nel 2017, il telescopio spaziale Hubble ha osservato una spettacolare collisione di due stelle di neutroni da cui è scaturito un getto relativistico di radiazioni così potente che la NASA afferma che l’energia rilasciata era “paragonabile a quella di una supernova“, come riporta un comunicato stampa dell’agenzia.
Per decomprimere tutti i dati raccolti dal telescopio spaziale è stato necessario un certo tempo ma l’attesa è valsa la pena; tra le scoperte più interessanti un getto relativistico di energia che, apparentemente, si muove più veloce della luce, il che, ovviamente, è impossibile ma per questo c’è una spiegazione perfettamente ragionevole.
Stelle di neutroni, buchi neri e getti relativistici
L’evento osservato, denominato GW170817, è ciò che è chiamato fusione binaria di stelle di neutroni. Le stelle di neutroni sono i nuclei collassati di stelle un tempo massicce e alcuni degli oggetti più densi dell’universo. Secondo la NASA, un solo cucchiaino da tè, riempito della materia che compone una stella di neutroni, peserebbe quattro miliardi di tonnellate sulla Terra.
Ad una massa di tale densità si associa inevitabilmente una fortissima gravità, abbastanza forte da attirare queste due stelle di neutroni in una collisione esplosiva che ha lanciato nello spazio onde gravitazionali e un getto relativistico di radiazioni gamma. L’evento è stato la prima volta in assoluto in cui gli astronomi hanno potuto osservare contemporaneamente l’emissione di onde gravitazionali e radiazioni gamma da una fusione di stelle di neutroni, come afferma il comunicato della NASA.
Il telescopio spaziale Hubble ha osservato le due stelle di neutroni collidere, collassando in in un buco nero dopo l’esplosione. Intorno al buco nero si è quindi formato un disco rotante, che ha irradiato nello spazio getti di materia incredibilmente veloci. Combinando le loro scoperte con quelle della National Science Foundation, gli scienziati sono stati in grado di ricostruire l’evento con estrema precisione, e misurare la velocità con cui si muoveva il getto relativistico.
Un getto relativistico che infrange la relatività
Inizialmente, dalle osservazioni di Hubble, sembrava che i getti viaggiassero a una velocità sette volte superiore a quella della luce. Una cosa impossibile, secondo la teoria della relatività di Einstein. Gli scienziati attribuiscono questa discrepanza a un fenomeno noto come moto superluminale. In sostanza, poiché il getto si avvicina al nostro pianeta quasi alla velocità della luce, dice la NASA, la luce che emette in punti successivi rispetto all’origine, la distanza che deve percorrere fino a giungere alla vista di Hubble è ogni volta più breve, dando l’impressione che il getto si muova più velocemente di quanto non faccia in realtà.
Con alcuni calcoli aggiuntivi, gli scienziati hanno determinato la velocità reale del getto relativistico: almeno il 99,97 percento della velocità della luce, una velocità incredibile e molto vicina a quella della luce nel vuoto ma ancora inferiore al limite imposto dalla relatività
Ora, i ricercatori, che hanno pubblicato le loro scoperte in un articolo su Nature, sperano di riuscire ad effettuare osservazioni ancora più precise grazie ai vari telescopi orbitali in grado di individuare future fusioni di stelle di neutroni che potrebbero potenzialmente aiutare a calcolare il tasso di espansione dell’universo.
Cos’è un getto relativistico
Un getto relativistico è un getto di plasma estremamente potente solitamente emesso dal centro di alcune galassie attive, in particolare le radiogalassie e i quasar. La sua lunghezza può raggiungere alcune migliaia o talvolta centinaia di migliaia di anni luce. Si crede che la distorsione dei campi magnetici nel disco di accrescimento collimi lungo l’asse di rotazione dell’oggetto centrale, in modo che quando le condizioni lo permettono, possa emergere un getto relativistico da entrambe le parti del disco di accrescimento stesso. Se il getto relativistico è orientato lungo la linea di vista della terra, il radiante relativistico cambia la sua luminosità apparente.
Il meccanismo della creazione dei getti e la composizione dei getti sono materia di forte dibattito in campo scientifico; si crede che i getti siano composti di una “mistura” elettricamente neutra di elettroni, positroni e protoni, in proporzione.
Getti simili, ma si pensa in scala minore, possono svilupparsi intorno ai dischi di accrescimento delle stelle di neutroni e nei buchi neri stellari. Questi sistemi sono spesso chiamati microquasar. Un famoso esempio è SS433, i cui getti ben osservati hanno una velocità di 0,23c, sebbene altri microquasar sembrano possedere getti a velocità maggiori (ma misurati con meno accuratezza). Talvolta un getto relativistico più debole può essere associato a molti sistemi binari; il meccanismo di accelerazione per questi getti può essere simile al processo di riconnessione magnetica osservato nella magnetosfera terrestre e nel vento solare.
Si crede che la formazione dei getti relativistici sia il modo per spiegare la produzione di gamma ray burst; questi getti hanno fattori di Lorentz di circa 100, facendone uno degli oggetti celesti più veloci oggi conosciuti.
Buchi neri rotanti come sorgenti di energia
A causa della grande quantità di energia necessaria per lanciare un getto relativistico, alcuni getti si pensa che siano potenziati da dei buchi neri rotanti. Ci sono due teorie contrastanti sul modo in cui l’energia viene trasferita dal buco nero al getto.
- Processo Blandford-Znajek: questa è la teoria più frequentemente seguita per l’estrazione dell’energia dal buco nero; i campi magnetici attorno al disco di accrescimento sono trascinati dalla rotazione, è credibile che il materiale relativistico sia lanciato, agganciato alla tensione delle linee di campo.
- Processo Penrose: questo modello fa trarre energia da un buco nero rotante mediante l’Effetto di trascinamento; si dimostrò che questa teoria avrebbe potuto potenzialmente spiegare l’estrazione dell’energia delle particelle relativistiche, e di conseguenza si mostrò essere un possibile meccanismo per la formazione dei getti.
