Onde gravitazionali: fotografato il getto relativistico di GW170817

GW170817

A più di un anno dalla sua storica scoperta, si svela l’arcano di GW170817, la prima sorgente di onde gravitazionali individuata dagli interferometri LIGO e Virgo nel 2017. Un team internazionale coordinato da Giancarlo Ghirlanda dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, prima firma di uno studio pubblicato su Science, è riuscito a “fotografarlo” nella dimensione elettromagnetica. Per riuscirci è stata necessaria la collaborazione di 33 radio telescopi in cinque continenti, dall’Australia agli Stati Uniti passando per Asia, Europa e Sud-Africa, e 36 astronomi, tra cui ricercatori dell’INAF, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, dell’Università di Milano-Bicocca, del Gran Sasso Science Institute e dell’Agenzia Spaziale Italiana.

Il getto perforante di GW170817

Dopo la  scoperta della sorgente di onde gravitazionali GW170817 nell’agosto del 2017, non era chiaro se il getto di particelle ce l’avesse e fatta o meno a bucare il materiale ricco di neutroni emesso nella fusione delle due stelle di neutroni.  Per scoprirlo, i ricercatori hanno quindi deciso di misurare quanto fosse grande la sorgente nella sua dimensione elettromagnetica. L’operazione ha richiesto il coinvolgimento di 33 radio telescopi che, tra il 12 e il 13 marzo del 2018, sfruttando la rotazione della Terra, hanno iniziato a osservare la galassia in cui è avvenuta la fusione delle due stelle di neutroni, partendo dagli strumenti operativi in Australia per terminare con quelli puntati dalle Hawaii.

Grazie alla collaborazione internazionale, i ricercatori sono riusciti a stabilire che il getto relativistico, prossimo alla velocità della luce, lanciato nello spazio interstellare da GW170817 è riuscito a perforare il materiale circostante. Diversamente, spiegano i ricercatori, si sarebbe verificata un’esplosione quasi sferica. “Dopo diversi mesi, un’esplosione sferica a una distanza come quella di GW170817 sarebbe apparsa come una bolla luminosa delle dimensioni apparenti di circa un milionesimo di grado – come una moneta da un euro vista da 1000 chilometri di distanza – mentre un getto sarebbe apparso significativamente più piccolo, non più grande della metà”, spiega Ghirlanda. Dimensioni così piccole sono misurabili solamente con la tecnica chiamata Very Long Baseline Interferometry (VLBI), che combina le osservazioni dei più grandi radio telescopi sulla Terra: maggiore è la distanza fra le antenne utilizzate e più piccoli sono i dettagli delle sorgenti celesti che è possibile distinguere.

“È un po’ come giocare a ‘Indovina chi?’: per capire se si tratta o no di un getto”, spiega Om Sharan Salafia, ricercatore dell’INAF e secondo autore del lavoro pubblicato su Science, “bisogna essere in grado di prevedere come appare la sorgente 200 giorni dopo la rivelazione delle onde gravitazionali, cioè nel momento in cui le antenne VLBI l’hanno osservata. Dal confronto delle immagini teoriche con quelle vere si nota che solo un getto appare sufficientemente ‘compatto’ da essere compatibile con la dimensione osservata”.

Competenze incrociate

Alla ricerca hanno preso parte moltissime antenne europee che fanno parte dell’European VLBI Network (EVN), fra cui le due antenne italiane dell’INAF situate a Medicina (vicino Bologna) e Noto (in Sicilia), entrambe del diametro di 32 metri. I dati sono stati raccolti e analizzati nel centro JIVE (Olanda). “Lo studio pubblicato su Science è il risultato di una collaborazione internazionale che ha saputo combinare le tecniche osservative radio più avanzate con le conoscenze teoriche sui getti relativistici e sulle onde gravitazionali, in cui l’Italia riveste un ruolo d’avanguardia”, osserva Monica Colpi, professore ordinario dell’Università di Milano-Bicocca.

Grazie a osservazioni di questo tipo, nei prossimi anni potremo avere un’idea più completa e precisa delle varie fasi della vita di buchi neri e stelle di neutroni, a partire dalla loro formazione. “Nella prossima primavera i rivelatori di onde gravitazionali Virgo e LIGO rientreranno in funzione, ‘ascoltando’ un volume di Universo più grande. Ci aspettiamo molti nuovi segnali, e questo tipo di osservazioni saranno fondamentali per capire come si origina l’immensa energia emessa in questi eventi”, ricorda Marica Branchesi, ricercatrice del Gran Sasso Science Institute e dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, fra gli autori del lavoro.

L’era della astronomia multimessaggera

“La prima e al momento unica rivelazione di onda gravitazionale a cui è stata associata una controparte elettromagnetica, GW170817, ha dimostrato l’importanza fondamentale della sinergia tra rivelatori di onde gravitazionali e strumenti per l’astronomia da terra e dallo spazio”, sottolinea Valerio D’Elia, co-autore dell’articolo e archive scientist presso lo Space Science Data Centre di ASI. “Le missioni spaziali future come Hermes (progetto ASI) e Theseus (missione candidata per ESA – M5)” continua Barbara Negri, Responsabile dell’unità Esplorazione e Osservazione dell’Universo di ASI, “rivestiranno un ruolo molto importante nell’era dell’astronomia multi-messaggera”.

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