Sistemi binari compatti e l’emissione di onde gravitazionali

Simulazione ai super computer di onde gravitazionali prodotte da binarie in collisione.
Credit: Stephan Rosswog ed Enrico Ramirez-Ruiz

L’evento finale che porta, con una violenta esplosione, una coppia di stelle di neutroni alla loro fusione (merging), può rappresentare un meccanismo efficiente per produrre onde gravitazionali che siano rivelabili dagli strumenti a terra. Uno studio recente ad opera di alcuni ricercatori dell’Università della California, a Santa Cruz, permette, per la prima volta, di fare delle previsioni su dove potrà accadere con maggiore probabilità questo fenomeno dimerging  nella nostra Galassia.

Secondo Enrico Ramirez-Ruiz, professore associato di astronomia e astrofisica presso la UC a Santa Cruz, questi dati sono importanti perché forniscono delle informazioni vitali per i ricercatori che studiano le onde gravitazionali con i rivelatori quali LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory). Una delle previsioni più significative della teoria della relatività generale di Einstein è la formazione di “distorsioni” o “increspature” nello spaziotempo dovute al moto di oggetti dotati di grande massa, come ad esempio le stelle. Gli scienziati devono ancora rivelare direttamente le onde gravitazionali dato che esse sono estremamente deboli. Tuttavia, la costruzione di un apparato più avanzato, chiamato Advanced LIGO, dovrebbe fornire una maggiore sensibilità allo strumento per la rivelazione delle onde gravitazionali. I sistemi stellari binari compatti, di solito caratterizzati da due stelle di neutroni, o da due buchi neri, o da una stella di neutroni e da un buco nero, rappresentano i migliori candidati per studiare l’emissione di onde gravitazionali. In questi particolari sistemi stellari, i due oggetti non solo si muovono in orbita l’uno attorno all’altro, ma si spostano nello spazio con una velocità tipica dell’ordine di 200 Km/sec. La velocità di “spinta” che manda “fuori” dalle proprie galassie i sistemi binari, e perciò li rende maggiormente identificabili, deriva da una leggera asimmetria che si produce durante le esplosioni di supernova che danno luogo alla formazione di stelle di neutroni o buchi neri. Si calcola che l’1% dell’effetto dell’asimmetria durante le esplosioni di supernovae si trasforma in velocità di rinculo che ha un valore caratteristico equivalente di circa 1000 Km/sec, valore che rappresenta la massima velocità osservata per stelle di neutroni isolate. Nei sistemi binari, invece, la velocità netta di spinta è molto inferiore, e ancora incerta, ma rimane dell’ordine di 200 Km/sec. Questi studi serviranno per individuare la presenza di sistemi binari che stanno per fondersi e dar luogo all’emissione di onde gravitazionali e che potranno essere osservati dai telescopi che scrutano ampie regioni di cielo, come il Large Synoptic Survey Telescope (LSST).

ArXiv: THE DISTRIBUTION OF COALESCING COMPACT BINARIES IN THE LOCAL UNIVERSE: PROSPECTS FOR GRAVITATIONAL-WAVE OBSERVATIONS

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