Ligo osserva una fusione tra un piccolo buco nero e un oggetto ignoto, forse un nuovo tipo di stella di neutroni

Per decenni, gli astronomi si sono chiesti se tra la stella di neutroni più pesante conosciuta, che ha una massa di circa 2,5 masse solari, e il buco nero più leggero conosciuto, pari a circa cinque masse solari, ci fosse un qualche oggetto massiccio che colmi questo gap.

0
1549
Indice

Le stelle non terminano la loro sfolgorante vita tutte allo stesso modo, quelle più massicce, collassano sotto il loro stesso peso lasciando un buco nero, quelle un po’ meno massicce esplodono in una supernova lasciando una sfera densa e compatta che chiamiamo stella di neutroni.
Per decenni, gli astronomi si sono chiesti se tra la stella di neutroni più pesante conosciuta, che ha una massa di circa 2,5 masse solari, e il buco nero più leggero conosciuto, pari a circa cinque masse solari, ci fosse un qualche oggetto massiccio che colmi questo gap.
Gli scienziati grazie a uno studio condotto con l’Osservatorio sulle onde gravitazionali (LIGO) del Laser Interferometer della National Science Foundation e del rivelatore Virgo in Europa, hanno annunciato la scoperta di un oggetto di 2,6 masse solari, collocandolo saldamente nel gap.
L’oggetto è stato trovato il 14 agosto 2019, mentre si fondeva con un buco nero di 23 masse solari, generando una serie di onde gravitazionali rilevate sulla Terra da LIGO e Virgo. Il documento sul rilevamento è stato accettato per la pubblicazione in The Astrophysical Journal.
Il co-autore Vicky Kalogera, professore alla Northwestern University ha affermato: “Abbiamo aspettato decenni per risolvere questo mistero. Non sappiamo se questo oggetto sia la stella di neutroni più pesante conosciuta, o il buco nero più leggero conosciuto, ma in entrambi i casi batte un record“.
Il co-autore Patrick Brady, professore all’Università del Wisconsin, e portavoce della collaborazione scientifica LIGO ha aggiunto: “Questo cambierà il modo in cui gli scienziati parlano delle stelle di neutroni e dei buchi neri. Il gap di massa potrebbe in realtà non esistere affatto, ma potrebbe essere stato dovuto a limitazioni nelle capacità di osservazione. Il tempo e più osservazioni ce lo diranno“.
L’evento descritto nello studio, soprannominato GW190814, ha originato un buco nero di circa 25 volte la massa del Sole (una parte della massa ottenuta è stata convertita in onde gravitazionali). Il nuovo  buco nero si trova a circa 800 milioni di anni luce dalla Terra.
Prima che i due oggetti si fondessero, le loro masse differivano di un fattore 9, rendendo questo il rapporto di massa il più estremo noto per un evento che genera onde gravitazionali. Un altro evento LIGO-Virgo recentemente riportato, chiamato GW190412, si è verificato tra due buchi neri con un rapporto di massa di circa 4: 1.
Secondo Vicky Kalogera “È una sfida per gli attuali modelli teorici formare coppie di oggetti compatti con un rapporto di massa così grande in cui il partner a bassa massa risiede nel gap di massa. Questa scoperta implica che questi eventi si verificano molto più spesso di quanto previsto, rendendo questo un oggetto davvero intrigante a bassa massa. L’oggetto misterioso può essere una stella di neutroni che si fonde con un buco nero, un’eccitante possibilità prevista teoricamente ma non ancora confermata a livello osservativo. Tuttavia, a 2,6 volte la massa del nostro sole, supera le previsioni moderne per la massa massima di stelle di neutroni, e potrebbe invece essere il buco nero più leggero mai rilevato“.
Appena gli scienziati di LIGO e Virgo hanno scoperto la fusione dei due oggetti, hanno immediatamente avvisato la comunità astronomica. I telescopi basati a terra e nello spazio hanno cercato le emissioni luminose generate nell’evento, ma nessuno di loro ha captato alcun segnale. Finora, simili controparti leggere ai segnali delle onde gravitazionali sono state viste solo una volta, in un evento chiamato GW170817.
L’evento, scoperto dalla rete LIGO-Virgo nell’agosto del 2017, ha comportato una collisione tra due stelle di neutroni che è stata successivamente osservata da dozzine di telescopi basati a terra e nello spazio. Le collisioni di stelle di neutroni proiettano materia verso l’esterno in tutte le direzioni e si prevede quindi che emettano molta luce. Al contrario, si ritiene che le fusioni di buchi neri, nella maggior parte dei casi, non producano luce bensì onde gravitazionali.
Secondo gli scienziati di LIGO e Virgo, l’evento dell’agosto 2019 non è stato visto dai telescopi che cercavano fenomeni luminosi per alcune possibili ragioni: innanzitutto, questo evento è avvenuto sei volte più lontano rispetto alla fusione osservata nel 2017, rendendo più difficile raccogliere segnali luminosi. In secondo luogo, se la collisione avesse interessato due buchi neri, probabilmente non avrebbe emesso alcuna luce. In terzo luogo, se l’oggetto fosse in realtà una stella di neutroni, il buco nero partner, 9 volte più massiccio, avrebbe potuto ingoiarlo intero; una stella di neutroni consumata intera da un buco nero non emetterebbe nessuna luce.
Penso a Pac-Man che mangia un piccolo punto“, dice Kalogera. “Quando le masse sono altamente asimmetriche, la stella di neutroni più piccola può essere mangiata in un solo morso“.
Come potranno sapere i ricercatori se l’oggetto misterioso era una stella di neutroni o un buco nero? Osservazioni future con LIGO, Virgo e forse altri telescopi potranno catturare eventi simili che potrebbero rivelare se esistono altri oggetti nel gap di massa.
Questo è il primo assaggio di quella che potrebbe essere una nuova popolazione di oggetti binari compatti“, afferma Charlie Hoy, un membro della LIGO Scientific Collaboration e studente laureato presso l‘Università di Cardiff. “Ciò che è veramente eccitante è che questo è solo l’inizio. Man mano che i rilevatori diventano sempre più sensibili, osserveremo ancora più di questi segnali e saremo in grado di individuare le popolazioni di stelle di neutroni e buchi neri nell’universo“.
Fonte: https://phys.org/news/2020-06-heaviest-known-neutron-star-lightest-known-black.html

2