Scritto: Mercoledì, 30 Giugno 2021 17:39 Ultima modifica: Giovedì, 01 Luglio 2021 06:59

Doppia fusione ibrida


 Le collaborazioni scientifiche Virgo, LIGO e KAGRA hanno annunciato l'osservazione di due sistemi binari composti da una stella di neutroni e un buco nero, nel gennaio 2020.

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"Rainbow Swirl" una rappresentazione artistica dei due oggetti in procinto di fondersi "Rainbow Swirl" una rappresentazione artistica dei due oggetti in procinto di fondersi Crediti fotografici: Carl Knox, OzGrav - Swinburne University

  I due segnali in questione (denominati GW200105 e GW200115 dalle date in cui sono stati osservati) sono stati emessi da due diversi sistemi a distanza di 10 giorni uno dall'altro. In entrambi i casi, si ritiene che un buco nero e una stella di neutroni, ruotando sempre più rapidamente attorno a un baricentro comune, si sono avvicinati fino a fondersi in un unico buco nero, emettendo un fiotto di onde gravitazionali. L’esistenza di questi sistemi è stata prevista dagli astronomi diverse decine d’anni fa, ma non erano mai stato osservati con certezza prima d’ora, né tramite segnali elettromagnetici né gravitazionali. Il risultato, insieme alle sue implicazioni astrofisiche, è stato pubblicato oggi sulla rivista scientifica The Astrophysical Journal Letters ed è firmato da un esercito di ricercatori coinvolti nei progetti LIGO/VIRGO/KAGRA (l'elenco dei loro nomi e degli istituti cui appartengono occupa le prime 7,5 pagine della pubblicazione!)

BHNS signal

Diagrammi frequenza-tempo, con intensità codificata dai colori - Credits: Abbott et al.,"Observation of Gravitational Waves from Two Neutron Star–Black Hole Coalescences",ApJ letters - Improvement: Marco Di Lorenzo

 Qui sopra, vediamo la classica rappresentazione dell'intensità dei due segnali visti dai diversi rilevatori in funzione, al variare del tempo e della frequenza. Di fatto, l'unico segnale "chirp" chiaramente riconoscibile è quello relativo a GW200105 visto dall'antenna di Livingston, mentre i dati Virgo non mostrano una firma "chiara"; la seconda sorgente è stata avvistata anche dall'altra antenna LIGO di Hanford. L'effetto di avere una terza antenna in funzione è evidente nelle seguenti mappe sulla possibile collocazione nella volta celeste, molto incerta per GW200105 e decisamente più circoscritta per GW200115; in ogni caso, non sono state identificate controparti visibili nello spettro elettromagnetico o dai neutrini. 

BHNS location

Possibile posizione delle due sorgenti nel cielo, in coordinate equatoriali - Credits: Abbott et al.,"Observation of Gravitational Waves from Two Neutron Star–Black Hole Coalescences",ApJ letters - Improvement: Marco Di Lorenzo

Gli autori riferiscono che il primo di questi due eventi è riconducibile a masse rispettivamente di 8,9 (-1,5/+1,2) e 1,9 (-0,2/+0,3) masse solari, mentre per GW200115 le due componenti erano 5,7 (-2,1/+1,8) e 1,5 (-0,3/+0,7) masse solari (intervalli con il 90% di confidenza statistica). E' quindi ragionevole pensare che si tratti appunto di coalescenza "Neutron Star–Black Hole" (NSBH), dato che, a seconda delle assunzioni astrofisiche fatte, la probabilità che l'oggetto più piccolo non ecceda il limite di massa per una stella di neutroni è alta, 89%÷96% e 87%÷98%, rispettivamente. La distanza stimata è 280 (±110) Mpc per GW200105 e 300 (-100/+150) Mpc per l'altra sorgente. Si è cercato di stimare, in base alla forma d'onda osservata, anche il verso di rotazione del buco nero che, nel caso di GW200115, risulta probabilmente retrogrado rispetto al moto orbitale; per la componente minore, in entrambi i casi, non è stato possibile stabilire lo spin o la deformazione mareale. Infine, viene fatta una stima della frequenza di simili fusioni NSBH nell'universo: tra i 12 e i 120 eventi ogni anno in un volume di 1 miliardo di parsec cubici, assumendo che i due casi osservati siano rappresentativi delle masse tipicamente in gioco.

 "Finora avevamo osservato coppie di buchi neri o di stelle di neutroni mediante l'osservazione di radiazione elettromagnetica o gravitazionale. La coppia formata da un buco nera e da una stella di neutroni era il sistema binario che ancora mancava all’appello degli astronomi" ha detto Astrid Lamberts, membro della collaborazione Virgo e ricercatrice del CNRS al laboratorio Artemis, Observatoire de la Côte d'Azur a Nizza (Fr). "Questa scoperta ci dimostra ancora una volta come i rivelatori di onde gravitazionali stiano espandendo il nostro orizzonti, permettendoci di osservare ciò che fino a ieri non potevamo proprio vedere".

BHNS masse

Credits: Abbott et al.,"Observation of Gravitational Waves from Two Neutron Star–Black Hole Coalescences",ApJ letters - Improvement: Marco Di Lorenzo

 Qui sopra vediamo i valori tra loro interdipendenti delle due masse nei vari fenomeni di merging. Oltre ai due casi di cui stiamo parlando (in rosso e in blu) sono riportati anche altri due andidati merging NSBH, meno sicuri dei precedenti; uno di essi (GW190814) implica una differenza estrema nelle masse dei due corpi mentre l'altro (in grigio chiaro) è praticamente sovrapposto a GW200115.

 Il risultato annunciato oggi, che si aggiunge alle dozzine di altre scoperte fatte finora da Virgo e LIGO, ci permette per la prima volta di osservare in dettaglio alcuni dei fenomeni più violenti e rari nel nostro Universo e di disegnare un'immagine ineguagliabile delle regioni affollate e caotiche che costituiscono uno dei possibili ambienti in cui tali eventi possono essersi sviluppati. Inoltre, le informazioni dettagliate che stiamo raccogliendo sulla fisica dei buchi neri e delle stelle di neutroni ci offrono la possibilità di mettere alla prova le leggi fondamentali della fisica in condizioni estreme, che non saremo mai in grado di riprodurre sulla Terra. "La scoperta annunciata oggi è un’altra preziosa gemma in quel tesoro che è il terzo periodo osservativo di LIGO e Virgo" ha detto Giovanni Losurdo, il portavoce di Virgo e ricercatore INFN. "LIGO e Virgo continuano a svelare collisioni catastrofiche che non sono mai state osservate prima, e ci mostrano un panorama cosmico davvero nuovo. Ora stiamo migliorando i rivelatori per riuscire a guardare ancora più in profondità nel cosmo, in cerca di nuove gemme, per capire sempre più a fondo l’Universo in cui viviamo."

 In questa pagina, è possibile ammirare diversi filmati con simulazione degli eventi in questione.

Letto: 105 volta/e Ultima modifica Giovedì, 01 Luglio 2021 06:59

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Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

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