Gli astronomi, attraverso il telescopio spaziale Hubble, hanno effettuato una misurazione unica che indica che una collisione titanica tra due stelle di neutroni ha lanciato un getto di materia attraverso lo spazio a velocità superiori al 99,97% della velocità della luce.
L’evento esplosivo, soprannominato GW170817, si è verificato nell’agosto 2017. L’esplosione ha generato un’energia paragonabile all’esplosione di una supernova. È stata la prima volta che onde gravitazionali e raggi gamma sono state rilevati insieme da una fusione binaria di stelle di neutroni.
Questo è stato un punto di svolta significativo nella ricerca di queste straordinarie collisioni. Oltre alla scoperta delle onde gravitazionali, 70 osservatori in tutto il mondo e nello spazio hanno visto le conseguenze di questa fusione su un’ampia fascia dello spettro elettromagnetico. Ciò ha segnato un importante sviluppo nell’area del dominio del tempo e dell’astrofisica multi-messaggero, che fa uso di una serie di “messaggeri” tra cui le onde gravitazionali e la luce per analizzare la progressione dell’universo nel tempo.
Solo due giorni dopo, gli scienziati sono riusciti a puntare Hubble verso la posizione dell’esplosione. Le due stelle di neutroni si sono fuse e sono collassate in un buco nero, la cui forte gravità ha iniziato ad attrarre materia verso di sé. Questo materiale ruotava rapidamente, espellendo dai suoi poli getti di plasma. Il getto di plasma in espansione verso l’esterno ha travolto l’anello di accrescimento del buco nero trascinando del materiale nel suo percorso.
Anche se l’evento si è verificato nel 2017, gli scienziati hanno impiegato diversi anni per capire come analizzare i dati di Hubble e di altri telescopi per ottenere il quadro completo.
L’osservazione di Hubble è stata combinata con le osservazioni di più radiotelescopi della National Science Foundation che lavorano insieme per l’interferometria di base molto lunga (VLBI). I dati radio sono stati presi 75 giorni e 230 giorni dopo l’esplosione.
“Sono stupito che Hubble possa darci una misurazione così precisa, che rivaleggia con la precisione raggiunta dai potenti telescopi radio VLBI sparsi in tutto il mondo“, ha affermato Kunal P. Mooley del Caltech di Pasadena, in California, autore principale di un articolo che è stato recentemente pubblicato sulla rivista Nature.
Gli autori hanno utilizzato i dati di Hubble insieme ai dati del satellite Gaia dell’ESA (l’Agenzia spaziale europea), oltre a VLBI, per ottenere un’estrema precisione. “Ci sono voluti mesi di attenta analisi dei dati per effettuare questa misurazione“, ha affermato Jay Anderson dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, nel Maryland.
Combinando le diverse osservazioni, sono stati in grado di individuare il punto dove è avvenuta l’esplosione. La misurazione di Hubble ha mostrato che il getto si muoveva a una velocità apparente di sette volte la velocità della luce. Dalle osservazioni radio si è visto che il getto ha successivamente decelerato a una velocità apparente quattro volte superiore a quella della luce.
In realtà, nulla può superare la velocità della luce, quindi questo movimento “superluminale” è frutto di un’illusione. Vediamo di capire perché: il getto di plasma continua ad emettere luce mentre si avvicina alla Terra quasi alla velocità della luce e la luce emessa ad ogni secondo ha una distanza più breve da percorrere. In sostanza, il getto insegue la propria luce. In realtà, dall’emissione della luce da parte del getto è trascorso più tempo di quanto l’osservatore pensi. Ciò fa sì che la velocità dell’oggetto sia sovrastimata, in questo caso apparentemente superiore alla velocità della luce.
“Il nostro risultato indica che il jet si stava muovendo almeno al 99,97% della velocità della luce quando è stato lanciato“, ha affermato Wenbin Lu dell’Università della California.
Le misurazioni di Hubble, combinate con le misurazioni VLBI, annunciate nel 2018, rafforzano notevolmente la connessione a lungo presunta tra fusioni di stelle di neutroni e lampi di raggi gamma di breve durata. Tale connessione richiede l’emergere di un getto in rapido movimento, che ora è stato misurato in GW170817.
Questo lavoro apre la strada a studi più precisi sulle fusioni di stelle di neutroni, rilevate dagli osservatori di onde gravitazionali LIGO, Virgo e KAGRA. Con un campione abbastanza ampio nei prossimi anni, le osservazioni relativistiche dei getti potrebbero fornire un’altra linea di indagine per misurare il tasso di espansione dell’universo, associato a un numero noto come costante di Hubble.
Al momento, esiste una discrepanza tra i valori stimati per la costante di Hubble per l’universo primordiale e l’universo vicino, uno dei più grandi misteri dell’astrofisica odierna. I diversi valori si basano su misurazioni estremamente precise delle supernove di tipo Ia da parte di Hubble e altri osservatori e su misurazioni del fondo cosmico a microonde effettuate dal satellite Planck dell’ESA. Altre viste di getti relativistici potrebbero aggiungere informazioni per gli astronomi che cercano di risolvere il mistero.
Riferimento: “Optical superluminal motion measurement in the neutron-star merger GW170817” di Kunal P. Mooley, Jay Anderson e Wenbin Lu, 12 ottobre 2022, Nature .
DOI: 10.1038/s41586-022-05145-7
