Nuovi scenari per l’astronomia gravitazionale

L’annuncio relativo alla rivelazione delle onde gravitazionali da parte del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ha causato una grande eco nell’ambito della comunità dei fisici e astronomi al punto che adesso si dovrà iniziare davvero ad esplorare più in profondità questa nuova finestra sull’Universo. Come è stato già detto, il segnale, registrato il 14 Settembre 2015 da entrambi gli interferometri LIGO, è stato prodotto dalla fusione di due buchi neri di massa iniziale pari a circa una trentina di Soli. Ciò ha permesso agli scienziati di risolvere immediatamente un enigma astrofisico in quanto l’esistenza di binarie di buchi neri era stata messa in dubbio. Ulteriori osservazioni potranno fornirci preziosi indizi sulla natura di oggetti esotici come le stelle di neutroni e le supernovae. Ma siamo solo all’inizio. Le onde gravitazionali ci permetteranno di esplorare non solo alcuni aspetti della fisica fondamentale ma possibilmente potranno portarci ai primi istanti di vita dell’Universo. La domanda è: quali misteri della cosmologia potremo mai risolvere ora che siamo entrati nell’era dell’astronomia gravitazionale?

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L’alba dell’astronomia gravitazionale

Forse non tutti sanno che la rivelazione sperimentale delle onde gravitazionali, avvenuta il 14 Settembre del 2015 e annunciata giovedì scorso 11 Febbraio 2016 in una conferenza stampa a Washington DC, è stata possibile grazie alla versione “avanzata” di LIGO (Advanced LIGO, a LIGO). Queste onde dello spazio, che allungano e accorciano la lunghezza dell’interferometro di una quantità incredibilmente piccola, hanno avuto origine da una violenta fusione (merger) di due buchi neri, di massa iniziale pari a una trentina di masse solari, così come riportato nell’articolo scientifico pubblicato su Physical Review Letters. Si tratta di un fenomeno accaduto in una galassia distante 1,3 miliardi di anni-luce e le “increspature” nello spaziotempo, per l’appunto le onde gravitazionali, sono arrivate qui sulla Terra qualche mese fa.

L’evoluzione finale di una coppia di stelle di neutroni

Gli astronomi ritengono che la collisione di due stelle di neutroni rappresenti, molto probabilmente, la causa principale dei lampi gamma di breve durata (short Gamma Ray Burst, short-GRB), esplosioni stellari estremamente potenti visibili da miliardi di anni-luce. Tuttavia, la formazione di un GRB dipende da ciò che rimane dopo il processo di fusione (merger) delle due stelle: in altre parole, avremo un’altra stella di neutroni o un buco nero? I risultati di questo studio sono pubblicati su Astrophysical Journal.

Il più grande ‘anello’ di GRB: reale o effetto di proiezione?

Un team di astronomi ungheresi e americani ha trovato ciò che sembra essere la “struttura più grande” dell’Universo osservabile: un anello di ben 9 lampi gamma, e quindi di galassie, che si estende per 5 miliardi di anni luce. Gli scienziati, guidati da Lajos Balazs del Konkoly Observatory a Budapest, descrivono i loro risultati su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Lampi gamma da una supernova super brillante

Le magnetar sono tra gli oggetti più estremi dell’Universo. Sono estremamente compatte e hanno una massa come quella del Sole concentrata in un raggio di soli 10-20 Km. Il loro nome deriva dalla presenza degli elevati campi magnetici, i più potenti che conosciamo in natura. Credit: ESO

Astronomi del Niels Bohr Institute hanno osservato un lampo gamma di lunga durata, molto insolito, associato con una supernova super-brillante. I risultati di questo studio sono pubblicati su Nature.

Svelare il mistero dei gamma-ray burst

In un articolo apparso su Astrophysical Journal Letters, due astronomi sperano di svelare le origini dei lampi-gamma, o gamma-ray burst (GRB), corti o di breve durata con l’ausilio di giganteschi ‘microfoni’ spaziali. I due ricercatori della Scuola di Fisica e Astronomia della Cardiff University stanno cercando di capire come potrebbe presentarsi l’eventuale ‘suono’ che si dovrebbe sentire quando i rivelatori LIGO e Virgo entreranno in funzione nel 2015. La speranza è che questi particolari ‘microfoni’, che si estendono su una scala di un chilometro, saranno in grado di rilevare le onde gravitazionali generate, ad esempio, quando una stella di neutroni viene ‘catturata’ da un buco nero. Queste esplosioni di radiazione estremamente energetiche sono state rivelate dai satelliti per raggi-gamma Fermi e Swift ma l’origine esatta dei lampi-gamma rimane ancora sconosciuta.

Cardiff University: Unravelling the Mystery of Gamma-Ray Bursts

arXiv: Prospects for joint gravitational-wave and electromagnetic observations of neutron-star–black-hole coalescing binaries

La minaccia dei GRB e le ‘zone abitabili’ dell’Universo

Il 27 Dicembre 2004, una particolare stella di neutroni denominata con la sigla SGR 1806–20, situata a circa 50.000 anni-luce nella costellazione del Sagittario, produsse una intensa emissione di radiazione che si propagò fino a raggiungere la Terra al punto da interagire con la magnetosfera. L’evento fu di notevole interesse poiché gli astronomi furono testimoni per la prima volta del fatto che un oggetto situato al di fuori del Sistema Solare potesse influenzare direttamente il nostro pianeta. I gamma-ray burst (GRB), o lampi gamma, sono gli eventi più energetici che conosciamo. Nonostante il brillamento registrato da SGR 1806 -20 fosse relativamente mite, ce lo ricordiamo come un cattivo esempio dato che la vita sulla Terra è potenzialmente minacciata da eventi di inimmaginabile potenza. Ma qui arriva il punto: si ritiene che i GRB siano molto più comuni in alcune regioni dell’Universo che in altre. Ciò implica che alcune zone dello spazio cosmico siano decisamente inospitali per eventuali forme di vita. La domanda è: dove sono localizzate queste regioni e quali limiti esse pongono per un eventuale sviluppo di forme di vita? Oggi, Tsvi Piran della Hebrew University in Gerusalemme e Raul Jimenez presso la Harvard University a Cambridge hanno realizzato una serie di studi mirati a determinare quali regioni dell’Universo possano essere considerate “pericolose” a causa dei GRB. I risultati ottenuti forniscono, per la prima volta, una sorta di “mappatura delle zone abitabili” dell’intero Universo.