Le collaborazioni Virgo, LIGO e KAGRA annunciano la prima osservazione della fusione tra un buco nero e una stella di neutroni. Si tratta in realtà di due rilevazioni distinte ottenute nel gennaio 2020 che ampliano il catalogo degli eventi più violenti e rari del cosmo osservabili con le onde gravitazionali.
Tra le diverse sorgenti cosmiche di onde gravitazionali, le sottili increspature del tessuto dello spazio-tempo che negli ultimi anni sono state osservate con sempre più frequenza, mancava all’appello un sistema binario previsto per via teorica da decenni e formato da un buco nero e una stella di neutroni.
Ora però anche questa sorgente di onde gravitazionali è finita nella rete dei ricercatori, poiché è stata rilevata dalle collaborazioni Virgo, a cui partecipa l’Istituto nazionale di fisica nucleare (INFN), la statunitense LIGO (che si basa su due interferometri gemelli), e la giapponese KAGRA. Secondo quanto riferito nello studio pubblicato oggi su “Astrophysical Journal Letters”, il 5 gennaio 2020 i chilometrici bracci degli interferometri di Advanced LIGO, in Louisiana, e di Advanced Virgo, in provincia di Pisa, hanno rilevato un raro quanto caratteristico segnale (denominato GW200105) delle ultime orbite dei due oggetti che si avvolgono a spirale prima di fondersi in un unico oggetto compatto. Solo dieci giorni dopo, entrambi gli interferometri gemelli di LIGO (in Louisiana e nello Stato di Washington) e l’interferometro di Virgo hanno osservato un secondo segnale, indicato dalla sigla GW200115, molto simile al precedente anche se con una significatività statistica più limitata.
Si allunga così la lista delle osservazioni degli eventi più violenti e rari dell’universo, inaugurata a settembre 2015 con la prima rilevazione diretta di onde gravitazionali generate dalla fusione di due buchi neri. Il quadro dei fenomeni fisici che ne sono alla base e degli oggetti che possono essere coinvolti diventa sempre più delineato. Nel caso di GW200105, il buco nero aveva una massa di circa 8,9 masse solari e la stella di neutroni di 1,9 masse solari, e la fusione è avvenuta circa 900 milioni di anni fa. Nel caso invece di GW200115, le masse implicate erano rispettivamente di 5,7 e 1,5 masse solari, e la fusione è avvenuta circa un miliardo di anni fa.
In entrambi i casi, la differenza tra la massa del buco nero e quella della stella di neutroni, abbastanza rilevante, ha probabilmente portato i buchi neri a catturare del tutto le stelle di neutroni una volta giunti in prossimità di queste ultime. Questa dinamica ha impedito la disgregazione delle stelle di neutroni che quindi non hanno emesso la radiazione elettromagnetica caratteristica di questo processo. Di conseguenza i ricercatori non hanno potuto osservare le controparti delle fusioni nello spettro elettromagnetico alle alte energie, che avrebbero dato un’ulteriore prova della natura delle sorgenti protagoniste degli eventi.
“Questi sistemi sono l’ultimo tassello mancante per ricostruire la demografia delle binarie osservabili da LIGO, Virgo e KAGRA: le masse di queste binarie miste e il loro tasso di coalescenza sono consistenti sia con lo scenario di ‘evoluzione isolata’ sia con lo scenario di ‘formazione dinamica’ in un ammasso stellare giovane o nelle vicinanze di un nucleo galattico attivo”, ha spiegato Michela Mapelli, professoressa all’Università degli Studi di Padova e ricercatrice della sezione INFN di Padova. “Nel primo caso, il sistema buco nero-stella di neutroni verrebbe dall’evoluzione di una binaria stellare, mentre nel secondo caso sarebbe il risultato di un’interazione ravvicinata tra corpi celesti in un ammasso stellare. Aspettiamo con grande curiosità ulteriori osservazioni di binarie miste, per capire finalmente i loro scenari di formazione.”
“LIGO e Virgo continuano a svelare eventi catastrofici mai osservati finora, contribuendo a far luce su un paesaggio cosmico finora inesplorato. Ora stiamo aggiornando i rivelatori con l’obiettivo di guardare ancora più lontano nel cosmo, per una comprensione più profonda dell’universo in cui viviamo”, ha commentato Giovanni Losurdo, coordinatore internazionale di Virgo e ricercatore dell’INFN. (red)
