Il 16 ottobre gli astronomi hanno riferito che il 17 agosto, per la prima volta nella storia, hanno registrato le onde gravitazionali dalla fusione di due stelle di neutroni. 70 gruppi di scienziati sono stati impegnati in osservazioni e 4600 astronomi sono diventati coautori di uno degli articoli dedicati a questo evento: più di un terzo di tutti gli astronomi del mondo. Il sito N + 1 in un grande articolo ha spiegato perché questo è importante scoperta e a quali domande aiuterà a rispondere.

Come è successo?

Il 17 agosto 2017, alle 15:41:04 ora di Mosca, il rilevatore dell'osservatorio LIGO di Hanford (Washington) ha sentito un'onda gravitazionale lunga da record: il segnale è durato circa cento secondi. Questo è un periodo di tempo molto lungo - per fare un confronto, le precedenti quattro fissazioni delle onde gravitazionali non sono durate più di tre secondi. Il programma di notifica automatica è stato attivato. Gli astronomi hanno controllato i dati: si è scoperto che anche il secondo rivelatore LIGO (in Louisiana) ha rilevato un'onda, ma il trigger automatico non ha funzionato a causa del rumore a breve termine.

1,7 secondi dopo il rivelatore di Hanford, indipendentemente da esso, il sistema automatico dei telescopi Fermi e Integral, osservatori spaziali di raggi gamma che osservano alcuni degli eventi energetici più elevati dell'universo, ha funzionato. Gli strumenti hanno rilevato un lampo luminoso e ne hanno determinato approssimativamente le coordinate. A differenza del segnale gravitazionale, il lampo è durato solo due secondi. È interessante notare che l '"Integrale" russo-europeo ha notato l'esplosione di raggi gamma con la "visione periferica" ​​- "cristalli protettivi" del rivelatore principale. Tuttavia, ciò non ha impedito la triangolazione del segnale.

Circa un'ora dopo, LIGO ha inviato informazioni sulle possibili coordinate della fonte delle onde gravitazionali: è stato possibile stabilire quest'area perché anche il rivelatore Virgo ha notato il segnale. Dai ritardi con cui i rivelatori hanno iniziato a ricevere un segnale, è apparso chiaro che, molto probabilmente, la sorgente si trovava nell'emisfero sud: prima il segnale ha raggiunto la Vergine e solo dopo, dopo 22 millisecondi, è stato registrato dall'osservatorio LIGO . L'area originale consigliata per la ricerca raggiungeva i 28 gradi quadrati, che equivalgono a centinaia di aree lunari.

Il passo successivo è stato combinare insieme i dati degli osservatori gamma e gravitazionali e cercare un'accurata sorgente di radiazione. Poiché né i telescopi a raggi gamma, né quelli gravitazionali, consentivano di trovare il punto richiesto con grande precisione, i fisici iniziarono diverse ricerche ottiche contemporaneamente. Uno di questi - con l'aiuto del sistema robotico di telescopi "MASTER", sviluppato presso la SAI dell'Università statale di Mosca.

Osservazione del kilonova European Southern ObservatoryOsservatorio europeo meridionale (ESO)

Tra le migliaia di possibili candidati, il telescopio cileno Swope, lungo un metro, è riuscito a rilevare il bagliore desiderato, quasi 11 ore dopo le onde gravitazionali. Gli astronomi hanno registrato un nuovo punto luminoso nella galassia NGC 4993 nella costellazione dell'Idra, la sua luminosità non ha superato 17 grandezza. Un tale oggetto è abbastanza accessibile per l'osservazione con telescopi semi-professionali.

Entro circa un'ora dopo, indipendentemente da Swope, altri quattro osservatori hanno trovato la sorgente, compreso il telescopio argentino della rete MASTER. Successivamente, è iniziata una campagna di osservazione su larga scala, a cui si sono aggiunti i telescopi dell'Osservatorio dell'Europa meridionale, Hubble, Chandra, l'array di radiotelescopi VLA e molti altri strumenti: in totale, più di 70 gruppi di scienziati hanno osservato lo sviluppo di eventi. Dopo nove giorni, gli astronomi sono riusciti a ottenere un'immagine nella gamma dei raggi X e, dopo 16 giorni, nella radiofrequenza. Purtroppo, dopo qualche tempo il Sole si è avvicinato alla galassia ea settembre le osservazioni sono diventate impossibili.

Cosa ha causato l'esplosione?

Un quadro così caratteristico di un'esplosione in molte gamme elettromagnetiche è stato previsto e descritto molto tempo fa. Corrisponde alla collisione di due stelle di neutroni: oggetti ultracompatti costituiti da materia di neutroni.

Secondo gli scienziati, la massa delle stelle di neutroni era di 1,1 e 1,6 masse solari (la massa totale è determinata in modo relativamente accurato - circa 2,7 masse solari). Le prime onde gravitazionali sorsero quando la distanza tra gli oggetti era di 300 chilometri.

La grande sorpresa è stata la breve distanza da questo sistema alla Terra - circa 130 milioni di anni luce. Per fare un confronto, questo è solo 50 volte più lontano che dalla Terra alla Nebulosa Andromeda e quasi un ordine di grandezza inferiore alla distanza dal nostro pianeta ai buchi neri, la cui collisione è stata precedentemente registrata da LIGO e Virgo. Inoltre, la collisione è diventata la fonte più vicina di un breve lampo di raggi gamma alla Terra.

Le stelle di neutroni doppi sono note dal 1974: uno di questi sistemi è stato scoperto Premi Nobel Russell Hulse e Joseph Taylor. Tuttavia, fino ad ora, tutte le stelle binarie di neutroni conosciute sono state nella nostra Galassia e la stabilità delle loro orbite è stata sufficiente per non scontrarsi nei prossimi milioni di anni. La nuova coppia di stelle si avvicinò così tanto che iniziò l'interazione e il processo di trasferimento della materia iniziò a svilupparsi

Collisione di due stelle di neutroni. Animazione della Nasa

L'evento è chiamato kilonova. Letteralmente, questo significa che la luminosità del flash era circa mille volte più potente dei tipici lampi di nuove stelle, sistemi binari in cui un compagno compatto attira la materia su se stesso.

Cosa significa tutto questo?

L'intera gamma di dati raccolti consente già agli scienziati di definire l'evento una pietra miliare della futura astronomia delle onde gravitazionali. Secondo i risultati dell'elaborazione dei dati per due mesi, sono stati scritti circa 30 articoli sulle principali riviste: sette in Natura e Scienza, oltre a lavorare in Lettere del diario astrofisico e altre pubblicazioni scientifiche. I coautori di uno di questi articoli sono 4600 astronomi provenienti da varie collaborazioni - questo è più di un terzo di tutti gli astronomi del mondo.

Ecco le domande chiave a cui gli scienziati sono stati in grado di rispondere veramente per la prima volta.

Cosa innesca brevi lampi di raggi gamma?

I lampi di raggi gamma sono uno dei fenomeni più energetici dell'Universo. La potenza di una di queste esplosioni è sufficiente per espellere nello spazio circostante in pochi secondi tanta energia quanta ne genera il Sole in 10 milioni di anni. Ci sono lampi di raggi gamma brevi e lunghi; allo stesso tempo, si ritiene che si tratti di fenomeni diversi nel loro meccanismo. Ad esempio, il collasso di stelle massicce è considerato la fonte di lunghe esplosioni.

Le sorgenti di brevi lampi di raggi gamma sono presumibilmente fusioni di stelle di neutroni. Tuttavia, finora non ci sono state conferme dirette di questo. Le nuove osservazioni sono la prova più forte fino ad oggi dell'esistenza di questo meccanismo.

Da dove vengono nell'universo l'oro e altri elementi pesanti?

La nucleosintesi - la fusione dei nuclei nelle stelle - consente di ottenere una vasta gamma di elementi chimici. Per i nuclei leggeri, le reazioni di fusione procedono con il rilascio di energia e sono generalmente energeticamente favorevoli. Per gli elementi la cui massa è vicina alla massa del ferro, il guadagno di energia non è più così grande. Per questo motivo, nelle stelle non si formano quasi mai elementi più pesanti del ferro: le eccezioni sono le esplosioni di supernova. Ma sono del tutto insufficienti per spiegare l'abbondanza di oro, lantanidi, uranio e altri elementi pesanti nell'universo.

Nel 1989, i fisici hanno suggerito che potrebbe essere responsabile la r-nucleosintesi nelle fusioni di stelle di neutroni. Puoi leggere di più su questo nel blog dell'astrofisico Marat Musin. Fino ad oggi, questo processo era conosciuto solo in teoria.

Gli studi spettrali del nuovo evento hanno mostrato tracce distinte della nascita di elementi pesanti. Così, grazie agli spettrometri del Very Large Telescope (VLT) e di Hubble, gli astronomi hanno rilevato la presenza di cesio, tellurio, oro e platino. Ci sono anche prove della formazione di xeno, iodio e antimonio. I fisici stimano che la collisione abbia espulso una massa totale di elementi leggeri e pesanti equivalente a 40 masse di Giove. Solo oro, secondo modelli teorici, si formano circa 10 masse lunari.

Qual è la costante di Hubble?

È possibile stimare sperimentalmente il tasso di espansione dell'Universo con l'aiuto di speciali "candele standard". Questi sono oggetti per i quali è nota la luminosità assoluta, il che significa che dal rapporto tra la luminosità assoluta e quella apparente si può concludere quanto siano lontani. La velocità di espansione a una data distanza dall'osservatore è determinata dallo spostamento Doppler, ad esempio, delle linee dell'idrogeno. Il ruolo delle "candele standard" è svolto, ad esempio, dalle supernove di tipo Ia ("esplosioni" di nane bianche) - a proposito, è stato sul loro campione che è stata dimostrata l'espansione dell'Universo.

Osservazione della fusione di due stelle di neutroni dal telescopio al Paranal Observatory (Cile) European Southern Observatory (ESO)

La costante di Hubble imposta dipendenza lineare la velocità di espansione dell'universo a una data distanza. Ogni definizione indipendente del suo valore permette di verificare la validità della cosmologia accettata.

Le sorgenti delle onde gravitazionali sono anche "candele standard" (o, come vengono chiamate nell'articolo, "sirene"). Per la natura delle onde gravitazionali che creano, puoi determinare indipendentemente la distanza da esse. Questo è esattamente ciò che gli astronomi hanno usato in uno dei nuovi lavori. Il risultato ha coinciso con altre misurazioni indipendenti, basate sulla radiazione cosmica di fondo a microonde e sulle osservazioni di oggetti con lenti gravitazionali. La costante è approssimativamente uguale a 62–82 chilometri al secondo per megaparsec. Ciò significa che due galassie a 3,2 milioni di anni luce di distanza si stanno in media allontanando a una velocità di 70 chilometri al secondo. Nuove fusioni di stelle di neutroni aiuteranno ad aumentare l'accuratezza di questa stima.

Come è organizzata la gravità?

La teoria generale della relatività generalmente accettata oggi prevede accuratamente il comportamento delle onde gravitazionali. Tuttavia teoria dei quanti la gravità non è stata ancora sviluppata. Esistono diverse ipotesi su come può essere organizzato: si tratta di costruzioni teoriche con un gran numero di parametri sconosciuti. L'osservazione simultanea della radiazione elettromagnetica e delle onde gravitazionali consentirà di affinare e restringere i confini di questi parametri, nonché di rifiutare alcune ipotesi.

Ad esempio, il fatto che le onde gravitazionali siano arrivate 1,7 secondi prima dei raggi gamma conferma che effettivamente viaggiano alla velocità della luce. Inoltre, il valore del ritardo stesso può essere utilizzato per verificare il principio di equivalenza alla base della relatività generale.

Come sono disposte le stelle di neutroni?

Conosciamo la struttura delle stelle di neutroni solo in termini generali. Hanno un nucleo di elementi pesanti e un nucleo di neutroni - ma, ad esempio, non conosciamo ancora l'equazione di stato della materia di neutroni nel nucleo. E da questo dipende, ad esempio, la risposta a una domanda così semplice: cosa si è formato esattamente durante la collisione osservata dagli astronomi?

Visualizzazione delle onde gravitazionali dalla fusione di due stelle di neutroni

Come le nane bianche, le stelle di neutroni hanno un concetto massa critica, al di sopra del quale può iniziare il collasso. A seconda che la massa del nuovo oggetto abbia superato o meno la massa critica, esistono diversi scenari ulteriori sviluppi eventi. Se la massa totale è troppo grande, l'oggetto collasserà immediatamente in un buco nero. Se la massa è leggermente inferiore, allora può sorgere una stella di neutroni in rotazione rapida di disequilibrio, che, tuttavia, nel tempo collassa anche in un buco nero. Un'opzione alternativa è la formazione di una magnetar, un buco di neutroni in rapida rotazione con un enorme campo magnetico. Apparentemente, la magnetar non si è formata nella collisione - il duro di accompagnamento raggi X non è stato registrato.

Secondo Vladimir Lipunov, il capo della rete MASTER, i dati attualmente disponibili non sono sufficienti per scoprire esattamente cosa si è formato a seguito della fusione. Tuttavia, gli astronomi hanno già una serie di teorie che verranno pubblicate nei prossimi giorni. È possibile che future fusioni di stelle di neutroni saranno in grado di determinare la massa critica richiesta.

Vladimir Korolev, N+1

MOSCA, 16 ottobre. /TASS/. I rivelatori LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory, USA) e Virgo (un osservatorio simile in Italia) hanno registrato per la prima volta onde gravitazionali dalla fusione di due stelle di neutroni. Questa apertura è stata annunciata lunedì durante una conferenza stampa internazionale tenutasi contemporaneamente a Mosca, Washington e in diverse città di altri paesi.

"Gli scienziati hanno registrato per la prima volta le onde gravitazionali dalla fusione di due stelle di neutroni, e questo fenomeno è stato osservato non solo con interferometri laser che registrano le onde gravitazionali, ma anche con l'ausilio di osservatori spaziali (INTEGRAL, Fermi) e telescopi terrestri quel record radiazioni elettromagnetiche. In totale, questo fenomeno è stato osservato da circa 70 osservatori terrestri e spaziali in tutto il mondo, inclusa la rete di telescopi robotici MASTER (Lomonosov Moscow State University)", ha affermato il servizio stampa della MSU.

Quando e come ti sei registrato?

La scoperta, che gli scienziati hanno riferito lunedì, è stata fatta il 17 agosto. Quindi entrambi i rivelatori LIGO hanno registrato un segnale gravitazionale, chiamato GW170817. Le informazioni fornite dal terzo rivelatore Virgo hanno permesso di migliorare notevolmente la localizzazione dell'evento spaziale.

Quasi contemporaneamente, circa due secondi dopo le onde gravitazionali, il telescopio spaziale Fermi Gamma-Ray della NASA e l'INTERnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory/INTEGRAL Orbital Observatory hanno rilevato lampi di raggi gamma. Nei giorni successivi, gli scienziati hanno registrato la radiazione elettromagnetica in altri intervalli, inclusi i raggi X, gli ultravioletti, gli ottici, gli infrarossi e le onde radio.

I segnali del rivelatore LIGO hanno mostrato che le onde gravitazionali registrate sono state emesse da due oggetti astrofisici in rotazione l'uno rispetto all'altro e situati a una distanza relativamente ravvicinata - circa 130 milioni di anni luce - dalla Terra. Si è scoperto che gli oggetti erano meno massicci dei buchi neri binari precedentemente scoperti da LIGO e Virgo. Le loro masse sono state calcolate nell'intervallo da 1,1 a 1,6 masse solari, che rientra nella regione di massa delle stelle di neutroni, la più piccola e densa delle stelle. Il loro raggio tipico è di soli 10-20 km.

Mentre il segnale proveniente dall'unione di binari di buchi neri era solitamente all'interno della gamma di sensibilità dei rivelatori LIGO per frazioni di secondo, il segnale registrato il 17 agosto è durato circa 100 secondi. Circa due secondi dopo la fusione delle stelle, si è verificata un'esplosione di radiazioni gamma, che è stata registrata dai telescopi spaziali a raggi gamma.

Il rapido rilevamento delle onde gravitazionali da parte del team LIGO-Virgo, combinato con il rilevamento dei raggi gamma, ha consentito l'osservazione da parte di telescopi ottici e radiotelescopi in tutto il mondo.

Dopo aver ricevuto le coordinate, diversi osservatori sono stati in grado di avviare la ricerca nella regione del cielo dove si sarebbe verificato l'evento nel giro di poche ore. Un nuovo punto luminoso, simile a una nuova stella, è stato rilevato dai telescopi ottici e, di conseguenza, circa 70 osservatori sulla terra e nello spazio hanno osservato questo evento in vari intervalli di lunghezze d'onda.

Nei giorni successivi alla collisione, la radiazione elettromagnetica è stata registrata nelle gamme di raggi X, ultravioletti, ottici, infrarossi e onde radio.

"Per la prima volta, contrariamente alle fusioni di buchi neri "solitari", un evento "sociale" è stato registrato non solo dai rivelatori gravitazionali, ma anche dai telescopi ottici e dai neutrini. Questo è il primo ciclo di osservazioni di questo tipo attorno a un singolo evento, ha affermato Sergei Vyatchanin, professore alla Facoltà di Fisica dell'Università statale di Mosca, che fa parte di un gruppo di scienziati russi che hanno partecipato all'osservazione del fenomeno, guidati da Valery Mitrofanov, professore alla Facoltà di Fisica dell'Università statale di Mosca.

I teorici prevedono che quando le stelle di neutroni si scontrano, dovrebbero essere emesse onde gravitazionali e raggi gamma, oltre a potenti getti di materia, accompagnati dall'emissione di onde elettromagnetiche in un'ampia gamma di frequenze.

Il lampo di raggi gamma rilevato è il cosiddetto lampo di raggi gamma corto. In precedenza, gli scienziati prevedevano solo che brevi lampi di raggi gamma fossero generati durante la fusione di stelle di neutroni, e ora ciò è confermato dalle osservazioni. Ma, nonostante il fatto che la sorgente del breve lampo di raggi gamma rilevato fosse una delle più vicine alla Terra visibili finora, il lampo stesso era inaspettatamente debole per una tale distanza. Ora gli scienziati devono trovare una spiegazione per questo fatto.

Alla velocità della luce

Al momento della collisione, la parte principale delle due stelle di neutroni si è fusa in un oggetto ultradenso che emette raggi gamma. Le prime misurazioni dei raggi gamma, unite alla rivelazione delle onde gravitazionali, confermano la previsione della teoria della relatività generale di Einstein, ovvero che le onde gravitazionali si propagano alla velocità della luce.

"YouTube/Georgia Tech"

"In tutti i casi precedenti, la fusione dei buchi neri è stata fonte di onde gravitazionali. Paradossalmente, i buchi neri sono oggetti molto semplici, costituiti esclusivamente da spazio curvo e quindi completamente descritti dalle ben note leggi della relatività generale. Allo stesso tempo, la struttura delle stelle di neutroni e, in particolare, l'equazione di stato della materia di neutroni non è ancora nota con esattezza, pertanto lo studio dei segnali provenienti da stelle di neutroni che si fondono fornirà un'enorme quantità di nuove informazioni anche sulle proprietà della materia superdensa in condizioni estreme condizioni", ha affermato Farit Khalili, professore alla Facoltà di Fisica dell'Università statale di Mosca, anch'egli incluso nel gruppo Mitrofanov.

Fabbrica di elementi pesanti

I teorici prevedevano che il risultato della fusione sarebbe stato un "kilonova". Questo è il fenomeno in cui il materiale rimasto dalla collisione di una stella di neutroni emette una luce brillante e viene espulso dalla regione di collisione lontano nello spazio. Questo crea processi che creano elementi pesanti come piombo e oro. L'osservazione dopo il bagliore della fusione di stelle di neutroni permette di ottenere Informazioni aggiuntive sulle varie fasi di questa fusione, sull'interazione dell'oggetto risultante con ambiente e sui processi che producono gli elementi più pesanti nell'universo.

"Durante la fusione, è stata registrata la formazione di elementi pesanti. Pertanto, possiamo persino parlare di una fabbrica galattica per la produzione di elementi pesanti, incluso l'oro - dopotutto, questo metallo è di grande interesse per i terrestri. Gli scienziati stanno iniziando a offrire modelli che spiegherebbero i parametri osservati di questa fusione", ha osservato Vyatchanin.

Sulla collaborazione LIGO-LSC

Collaborazione scientifica LIGO-LSC (LIGO Scientific Collaboration) unisce più di 1200 scienziati provenienti da 100 istituti di diversi paesi. L'Osservatorio LIGO è costruito e gestito dal California Institute of Technology e dal Massachusetts Institute of Technology. Il partner di LIGO è la collaborazione Virgo, che impiega 280 scienziati e ingegneri europei provenienti da 20 gruppi di ricerca. Il rivelatore Virgo si trova vicino a Pisa (Italia).

Alla ricerca di LIGO Scientific Collaboration partecipano due équipe scientifiche russe: un gruppo della Facoltà di Fisica di Mosca Università Statale intitolato a M.V. Lomonosov e un gruppo dell'Istituto di Fisica Applicata dell'Accademia Russa delle Scienze (Nizhny Novgorod). La ricerca è supportata dalla Fondazione Russa ricerca fondamentale e la Fondazione scientifica russa.

I rivelatori LIGO nel 2015 hanno registrato per la prima volta le onde gravitazionali dalla collisione di buchi neri e nel febbraio 2016 la scoperta è stata annunciata in una conferenza stampa. Nel 2017 i vincitori premio Nobel I fisici americani Rainer Weiss, Kip Thorne e Berry Barish sono stati premiati in fisica per il loro contributo decisivo al progetto LIGO, così come per "l'osservazione delle onde gravitazionali".

Ieri, in una conferenza stampa a Washington, gli scienziati hanno annunciato ufficialmente la registrazione di un evento astronomico che nessuno aveva registrato prima: la fusione di due stelle di neutroni. Sulla base dei risultati dell'osservazione, più di 30 articoli scientifici in cinque riviste, quindi non possiamo dirti tutto in una volta. Qui riepilogo e le scoperte più importanti.
Gli astronomi hanno osservato la fusione di due stelle di neutroni e la nascita di una nuova buco nero. Le stelle di neutroni sono oggetti che appaiono come risultato di esplosioni di stelle grandi e massicce (molte volte più pesanti del Sole). Le loro dimensioni sono piccole (di solito non superano i 20 chilometri di diametro), ma la loro densità e massa sono enormi. Come risultato della fusione di due stelle di neutroni a 130 milioni di anni luce dalla Terra, si è formato un buco nero, un oggetto ancora più massiccio e denso di una stella di neutroni. La fusione delle stelle e la formazione di un buco nero è stata accompagnata dal rilascio di un'enorme energia sotto forma di radiazione gravitazionale, gamma e ottica. Tutti e tre i tipi di radiazione sono stati registrati da telescopi terrestri e orbitali. L'onda gravitazionale è stata registrata dagli osservatori LIGO e VIRGO.
Questa onda gravitazionale è stata la più alta onda di energia mai osservata finora. Tutti i tipi di radiazioni hanno raggiunto la Terra il 17 agosto. In primo luogo, gli interferometri laser a terra LIGO e Virgo hanno registrato una periodica compressione ed espansione dello spazio-tempo, un'onda gravitazionale che girava intorno Terra. L'evento che ha dato origine all'onda gravitazionale è stato chiamato GRB170817A. Pochi secondi dopo, il telescopio a raggi gamma Fermi della NASA ha rilevato fotoni di raggi gamma ad alta energia. E poi qualcosa è cominciato: dopo aver ricevuto un avvertimento dalla collaborazione LIGO/Virgo, gli astronomi intorno alla Terra hanno sintonizzato i loro telescopi sulle coordinate della sorgente di radiazione. In questo giorno, telescopi orbitali e terrestri grandi e piccoli, operanti in tutte le gamme, hanno osservato un punto nello spazio. Sulla base dei risultati delle osservazioni dell'Università della California (Berkeley), hanno realizzato una simulazione al computer della fusione di stelle di neutroni. Entrambe le stelle erano, apparentemente, una massa leggermente più grande del Sole (ma con un raggio molto più piccolo). Queste due sfere di incredibile densità vorticavano l'una intorno all'altra, accelerando costantemente. Ecco com'era: Come risultato della fusione di stelle di neutroni, atomi di elementi pesanti - oro, uranio, platino - sono entrati nello spazio; gli astronomi ritengono che tali eventi siano la principale fonte di questi elementi nell'universo. I telescopi ottici hanno prima "visto" la luce visibile blu e poi la radiazione ultravioletta, che è stata sostituita dalla luce rossa e dalla radiazione infrarossa.
Questa sequenza coincide con le previsioni teoriche. Secondo la teoria, le stelle di neutroni in collisione perdono parte della materia: viene spruzzata attorno al sito di collisione con un'enorme nuvola di neutroni e protoni. Quando un buco nero inizia a formarsi, attorno ad esso si forma un disco di accrescimento, in cui le particelle ruotano a una velocità tremenda, così tremenda che alcune superano la gravità del buco nero e volano via. Un tale destino attende circa il 2% della materia delle stelle in collisione. Questa sostanza forma una nuvola attorno al buco nero con un diametro di decine di migliaia di chilometri e una densità approssimativamente uguale a quella del Sole. I protoni e i neutroni che compongono questa nuvola si uniscono, formandosi nuclei atomici. Quindi inizia la disintegrazione di questi nuclei. La radiazione dei nuclei in decomposizione è stata osservata dagli astronomi terrestri per diversi giorni. Nei milioni di anni trascorsi dall'evento GRB170817A, questa radiazione ha riempito l'intera galassia.

Oggi, in diverse conferenze stampa simultanee, scienziati degli osservatori gravitazionali LIGO e Virgo, nonché di altre istituzioni scientifiche di tutto il mondo, hanno annunciato che nell'agosto di quest'anno sono stati in grado di rilevare le onde gravitazionali generate dalla fusione di due stelle di neutroni per la prima volta. In precedenza, le onde gravitazionali venivano notate dai fisici quattro volte, ma in tutti i casi erano generate dalla fusione di due buchi neri, non di stelle di neutroni.

© ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Inoltre, anche per la prima volta nella storia, un evento che ha causato onde gravitazionali è stato notato non solo da rivelatori interferometrici gravitazionali, ma anche osservato da telescopi spaziali e terrestri in varie gamme (raggi X, ultravioletti, visibili, infrarossi e radio intervalli). La scoperta non solo consentirà il passo successivo nello studio delle onde gravitazionali e della gravità, ma fornirà anche progressi significativi nello studio delle stelle di neutroni. In particolare, conferma l'ipotesi della sintesi di elementi pesanti nel processo di fusione delle stelle di neutroni e la natura dei lampi di raggi gamma. La scoperta è descritta in numerosi articoli pubblicati su Nature, Nature Astronomy, Physical Review Letters e Astrophysical Journal Letters.

Le onde gravitazionali sono generate da qualsiasi oggetto che abbia massa e si muova con accelerazione irregolare, ma onde sufficientemente forti che possono essere rilevate utilizzando dispositivi realizzati dall'uomo nascono durante l'interazione di oggetti di massa molto grande: buchi neri, componenti di stelle binarie, neutroni stelle. L'onda di corrente, denominata GW170817, è stata rilevata da entrambi i rivelatori presso l'osservatorio gravitazionale LIGO negli Stati Uniti e il rivelatore Virgo in Italia il 17 agosto di quest'anno.

La presenza di tre rivelatori situati in punti diversi della Terra consente agli scienziati di determinare approssimativamente la posizione della sorgente d'onda. Due secondi dopo che gli osservatori gravitazionali hanno registrato l'onda GW170817, è stato notato un lampo di raggi gamma nell'area in cui dovrebbe trovarsi la sua sorgente. Ciò è stato fatto dai telescopi spaziali a raggi gamma Fermi (Telescopio spaziale a raggi gamma Fermi) e INTEGRAL (Laboratorio internazionale di astrofisica a raggi gamma). Successivamente, molti osservatori terrestri e spaziali hanno iniziato a cercare una possibile fonte di questi eventi. L'area dell'area di ricerca, determinata dai dati degli osservatori gravitazionali e dei telescopi a raggi gamma, era piuttosto ampia, pari a circa 35 gradi quadrati, diverse centinaia di dischi lunari pieni si adatterebbero in una tale sezione del cielo e il il numero di stelle che si trovano su di esso è di diversi milioni. Ma sono comunque riusciti a trovare la fonte dell'onda gravitazionale e dell'esplosione di raggi gamma.

Undici ore dopo l'esplosione di raggi gamma, il telescopio riflettente Swope operante all'Osservatorio di Las Campanas in Cile è stato il primo a farlo. Successivamente, diversi grandi telescopi hanno immediatamente interrotto i loro programmi di osservazione precedentemente approvati e sono passati all'osservazione della piccola galassia NGC 4993 nella costellazione dell'Idra, a una distanza di 40 parsec da sistema solare(circa 130 milioni di anni luce). Questo evento ha causato le prime voci sulla scoperta, ma gli scienziati non hanno confermato ufficialmente nulla fino alle conferenze stampa di oggi.

Infatti, una stella situata vicino alla galassia NGC 4993 è diventata la fonte di onde e raggi gamma.Questa stella è stata monitorata per diverse settimane dai telescopi Pan-STARRS e Subaru alle Hawaii, il Very Large Telescope dell'European Southern Observatory (VLT ESO). , il New Technology Telescope (NTT), il VLT Survey Telescope (VST), il telescopio MPG / ESO da 2,2 metri, l'array di telescopi ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array) - in totale, una settantina di osservatori da tutto il mondo hanno partecipato al osservazioni, così come il telescopio spaziale Hubble. “Succede raramente che uno scienziato abbia l'opportunità di essere testimone dell'inizio nuova era in scienze, - cita un comunicato stampa dell'ESO dell'astronoma Elena Pian dell'Istituto Astrofisico Italiano INAF. "Questo è uno di quei casi!" Gli astronomi hanno avuto poco tempo, poiché la galassia NGC 4993 era disponibile per l'osservazione solo la sera di agosto, a settembre si è rivelata troppo vicina al Sole nel cielo ed è diventata inosservabile.

La stella osservata inizialmente era molto luminosa, ma durante i primi cinque giorni di osservazione la sua luminosità è diminuita di un fattore venti. Questa stella si trova alla stessa distanza da noi della galassia NGC 4993 - 130 milioni di anni luce. Ciò significa che l'onda gravitazionale GW170817 si è originata a una distanza record vicino a noi. I calcoli hanno mostrato che la fonte dell'onda gravitazionale era la fusione di oggetti le cui masse vanno da 1,1 a 1,6 masse solari, il che significa che non potevano essere buchi neri. Quindi le stelle di neutroni divennero l'unica spiegazione possibile.

Immagine composita di NGC 4993
e kilonova secondo molti strumenti dell'ESO
© ESO

La generazione di onde gravitazionali da parte delle stelle di neutroni avviene secondo lo stesso scenario della fusione dei buchi neri, solo le onde generate dalle stelle di neutroni sono più deboli. Ruotando attorno a un baricentro comune in un sistema binario, due stelle di neutroni perdono energia emettendo onde gravitazionali. Pertanto, si avvicinano gradualmente l'uno all'altro fino a fondersi in una stella di neutroni (c'è la possibilità che durante la fusione possa apparire anche un buco nero). La fusione di due stelle di neutroni è accompagnata da un lampo molto più luminoso di una normale nuova stella. Gli astronomi propongono il nome "kilon". Durante la fusione, parte della massa di due stelle viene convertita nell'energia delle onde gravitazionali, che questa volta sono state notate dagli scienziati terrestri.

Sebbene le stelle kilon siano state previste più di 30 anni fa, questa è la prima volta che una stella del genere viene scoperta. Le sue caratteristiche, determinate a seguito di osservazioni, sono in buon accordo con le previsioni precedenti. Come risultato della fusione di due stelle di neutroni e dell'esplosione di una kilonova, vengono rilasciati elementi chimici pesanti radioattivi, che si separano a una velocità di un quinto della velocità della luce. Nel giro di pochi giorni, più velocemente di qualsiasi altra esplosione stellare, il colore della kilonova cambia da blu brillante a rosso. "Quando lo spettro dell'oggetto è apparso sui nostri monitor, mi sono reso conto che questo è il fenomeno transitorio più insolito che abbia mai visto", afferma Stephen Smartt, che ha effettuato osservazioni con il telescopio NTT dell'ESO. "Non ho mai visto nulla di simile. I nostri dati, così come i dati di altri gruppi di ricerca, mostrano chiaramente che questa non era una supernova o una stella variabile di fondo, ma qualcosa di completamente insolito".

Gli spettri di emissione della stella mostrano la presenza di cesio e tellurio, espulsi nello spazio durante la fusione di stelle di neutroni. Questa osservazione ha confermato la teoria della r-nucleosintesi (processo r, processo di cattura dei neutroni veloce) formulata in precedenza dagli astrofisici all'interno di oggetti stellari superdensi. Elementi chimici, formatosi durante la fusione di stelle di neutroni, dopo l'esplosione della kilonova dispersa nello spazio.

È stata confermata anche un'altra teoria degli astronomi, secondo la quale si verificano brevi lampi di raggi gamma durante la fusione di stelle di neutroni. Questa idea è stata espressa a lungo, ma solo la combinazione dei dati degli osservatori gravitazionali LIGO e Virgo con le osservazioni degli astronomi ha permesso di verificarne finalmente la correttezza.

“Finora, i dati che abbiamo ricevuto sono in ottimo accordo con la teoria. Questo è un trionfo per i teorici, una conferma dell'assoluta realtà degli eventi registrati dalle strutture LIGO-VIRGO, e un notevole risultato dell'ESO, che è riuscito ad ottenere tali osservazioni della kilonova”, dice l'astronomo Stefano Covino.

Scienziati russi nell'ambito delle collaborazioni LIGO e Virgo hanno rilevato per la prima volta le onde gravitazionali dalla fusione di due stelle di neutroni. Questo è il primo evento cosmico osservato sia gravitazionale che onde elettromagnetiche. La scoperta è presentata oggi in conferenze stampa a Washington e Mosca. I risultati saranno pubblicati anche sulla rivista Physical Review Letters.

Due settimane dopo l'assegnazione del Premio Nobel per la Fisica per la scoperta delle onde gravitazionali a tre ricercatori statunitensi, la collaborazione LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory, USA) e Virgo (un osservatorio simile in Italia) hanno annunciato che per la prima volta hanno registrato le onde gravitazionali dalla fusione di due stelle di neutroni, e questo fenomeno è stato osservato su interferometri laser che registrano le onde gravitazionali, con l'ausilio di osservatori spaziali (Integral, Fermi) e telescopi terrestri che registrano la radiazione elettromagnetica. In totale, questo fenomeno è stato osservato da circa 70 osservatori terrestri e spaziali in tutto il mondo, inclusa la rete MASTER di telescopi robotici (Lomonosov Moscow State University).

“Il primo rilevamento diretto delle onde gravitazionali provenienti dalla collisione di buchi neri da parte dell'osservatorio LIGO è avvenuto circa due anni fa. Si è aperta una nuova finestra sull'universo. Già oggi vediamo quali opportunità senza precedenti questo nuovo canale per ottenere informazioni crea per i ricercatori in combinazione con l'astronomia tradizionale", afferma Valery Mitrofanov, professore presso la Facoltà di Fisica dell'Università statale di Mosca.

Il 17 agosto, entrambi i rivelatori LIGO hanno registrato un segnale gravitazionale, denominato GW170817. Le informazioni fornite dal terzo rivelatore Virgo hanno permesso di migliorare notevolmente la localizzazione dell'evento spaziale. Quasi contemporaneamente (circa due secondi dopo le onde gravitazionali), il telescopio spaziale Fermi Gamma-Ray della NASA e l'INTERnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory/INTEGRAL Integral Orbital Observatory hanno rilevato esplosioni di raggi gamma. Nei giorni successivi, la radiazione elettromagnetica è stata registrata in altre gamme, comprese le onde X, ultraviolette, ottiche, infrarosse e radio.

I segnali dei rivelatori LIGO hanno mostrato che le onde gravitazionali registrate sono state emesse da due oggetti astrofisici in rotazione l'uno rispetto all'altro e situati a una distanza relativamente ravvicinata, circa 130 milioni di anni luce, dalla Terra. Si è scoperto che gli oggetti erano meno massicci dei buchi neri binari precedentemente scoperti da LIGO e Virgo. Le loro masse sono state calcolate nell'intervallo da 1,1 a 1,6 masse solari, che rientra nella regione di massa delle stelle di neutroni, la più piccola e densa delle stelle. Il loro raggio tipico è di soli 10-20 chilometri.

Ricevute le coordinate, gli osservatori hanno potuto iniziare la ricerca nella regione del cielo dove si sarebbe verificato l'evento nel giro di poche ore. Un nuovo punto luminoso, simile a una nuova stella, è stato scoperto dai telescopi ottici. Alla fine, circa 70 osservatori sulla Terra e nello spazio hanno osservato questo evento in vari intervalli di lunghezze d'onda. Nei giorni successivi alla collisione, la radiazione elettromagnetica è stata registrata nelle gamme di raggi X, ultravioletti, ottici, infrarossi e onde radio.

“Per la prima volta, contrariamente alle fusioni di buchi neri “solitari”, un evento “sociale” è stato registrato non solo dai rivelatori gravitazionali, ma anche dai telescopi ottici e dai neutrini. Questa è la prima danza circolare di osservazioni attorno a un singolo evento", ha affermato il professore della Facoltà di Fisica dell'Università statale di Mosca intitolata a M.V. Lomonosov Sergey Vyatchanin.

I teorici prevedevano che il risultato della fusione sarebbe stato "kiloniano". Questo è un fenomeno in cui il materiale residuo di una collisione di una stella di neutroni emette un bagliore luminoso e viene espulso dalla regione di collisione lontano nello spazio. Questo crea processi che creano elementi pesanti come piombo e oro. L'osservazione del bagliore residuo di una fusione di stelle di neutroni fornisce ulteriori informazioni sulle varie fasi di questa fusione, sull'interazione dell'oggetto risultante con l'ambiente e sui processi che producono gli elementi più pesanti nell'universo.

“Durante il processo di fusione è stata registrata la formazione di elementi pesanti. Pertanto, possiamo persino parlare di una fabbrica galattica per la produzione di elementi pesanti, compreso l'oro, perché è questo metallo che interessa di più i terrestri. Gli scienziati stanno iniziando a proporre modelli che spiegherebbero i parametri osservati di questa fusione", ha affermato Vyatchanin.