Astronomia Multi-Messaggera con le Onde Gravitazionali
Una stella di neutroni è un oggetto estremamente denso e compatto, che si può formare dopo il collasso di una stella massiccia. Questi oggetti hanno una massa di circa 1,4 volte quella del Sole, ma un raggio dell’ordine di soli 10 chilometri. Un cucchiaino del materiale di una stella di neutroni peserebbe circa un miliardo di tonnellate, più del peso combinato di tutti gli esseri umani sulla Terra. Quando due stelle di neutroni orbitano l’una attorno all’altra in un sistema binario e si avvicinano al punto di fusione, emettono onde gravitazionali che possono essere rivelate dalla Terra. Tuttavia, questo non è l’unico segnale che può essere osservato da un evento di questo tipo.
Il 17 agosto 2017, alle 14:41:04 CEST, i rivelatori LIGO e Virgo hanno rivelato un segnale di onda gravitazionale, successivamente denominato GW170817, che risultava compatibile con la fusione di due stelle di neutroni. Solo 1,7 secondi dopo, i satelliti Fermi e Integral hanno rivelato indipendentemente un lampo di raggi gamma, denominato GRB170817A. La possibile connessione tra questi due eventi ha allertato gli astronomi sulla possibilità di individuare altre emissioni elettromagnetiche provenienti dalla fusione delle stelle di neutroni.
Grazie alla rete di tre rivelatori di onde gravitazionali attivi, l’evento è stato localizzato in una piccola area della costellazione dell’Idra, a circa 130 milioni di anni luce dalla Terra. Successivamente, è stata avviata una campagna di osservazione che ha coinvolto più di 70 telescopi operanti in diverse bande dello spettro elettromagnetico. Meno di 11 ore dopo la fusione, il telescopio Swope in Cile ha individuato un transiente ottico luminoso nella galassia NGC 4993, che è stato successivamente osservato in modo indipendente da altri telescopi nelle bande dell’infrarosso e dell’ultravioletto. Questo segnale era coerente con una kilonova, rappresentando la prima osservazione certa di un transiente di questo tipo. Successivamente, sono state rivelate emissioni nei raggi X e nelle onde radio, provenienti da un processo fisico differente rispetto al precedente, attribuite alla post-luminescenza (afterglow) di GRB170817A. È stata la prima volta nella storia dell’astronomia che un evento è stato osservato attraverso diversi “messaggeri”, tra cui le onde gravitazionali. Questo ha segnato la nascita di una nuova era dell’astronomia: l’astronomia multimessaggera con le onde gravitazionali.
Oltre a ciò, la scoperta di GW170817 ha avuto implicazioni fondamentali in fisica e astronomia. Ha permesso di collegare in modo definitivo i lampi di raggi gamma di breve durata alla fusione di stelle di neutroni. È stato inoltre possibile osservare la produzione di metalli pesanti come l’oro, confermando che questi eventi possono avere un impatto significativo sull’arricchimento chimico dell’universo. La rivelazione ha anche fornito informazioni sulla equazione di stato delle stelle di neutroni, cioè la relazione tra pressione e densità che descrive la materia a densità sopranucleare. Infine, l’osservazione congiunta delle onde gravitazionali e dei segnali elettromagnetici ha consentito una nuova misurazione della costante di Hubble, un parametro fondamentale che descrive il tasso di espansione dell’universo.
Osservare ulteriori eventi simili a GW170817 è essenziale per approfondire le importanti implicazioni fisiche di questa scoperta, tuttavia, finora questo è stato l’unico evento multimessaggero rivelato. Le osservazioni congiunte di fusioni di stelle di neutroni non sono facilmente replicabili, poiché queste fusioni sono più rare rispetto a quelle tra buchi neri e spesso la localizzazione della sorgente nel cielo è poco precisa, rendendo queste osservazioni particolarmente complesse, data la natura transiente dell’emissione elettromagnetica. Una stretta collaborazione tra le comunità scientifiche delle onde gravitazionali e dell’astronomia elettromagnetica è essenziale per sviluppare ulteriormente l’astronomia multimessaggera, continuando la straordinaria rivoluzione iniziata con GW170817.