Kilonova, là dove i neutroni diventano oro

[Red Hanuman]

Là dove c?erano due stelle di neutroni ora c?è un oggetto piuttosto enigmatico. Il team guidato da Elena Pian dell?Istituto nazionale di astrofisica è stato il primo a ottenerne lo spettro, grazie allo strumento X-Shooter del Vlt. I risultati sono descritti oggi su Nature [...]

leggi tutto... (https://www.astronomia.com/2017/10/17/kilonova-la-dove-i-neutroni-diventano-oro/)

[Red Hanuman]

I telescopi dell'ESO osservano la prima luce emessa da una sorgente di onde gravitazionali

La fusione di due stelle di neutroni sparge oro e platino nello spazio

La compagine di telescopi dell'ESO in Cile ha rivelato la prima controparte visibile di una sorgente di onde gravitazionali. Queste storiche osservazioni suggeriscono che questo oggetto, l'unico per ora, sia il risultato della fusione di due stelle di neutroni. Le conseguenze catastrofiche dell'incontro, o meglio scontro - previsto da tempo e chiamato chilonova - hanno diffuso elementi pesanti come oro e platino nell'Universo. Questa scoperta, pubblicata in diversi articoli su Nature e altre riviste, fornisce inoltre la più solida evidenza finora che i lampi di luce gamma corti siano causati dalla fusione di stelle di neutroni.
Per la prima volta in assoluto, gli astronomi hanno osservato sia le onde gravitazionali che la luce (radiazione elettromagnetica) dallo stesso evento, grazie a uno sforzo di collaborazione globale e alla reazione rapida delle strutture dell'ESO e di altri gruppi in tutto il mondo.
Il 17 agosto 2017, l'osservatorio LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (https://www.ligo.caltech.edu/)) dell'NSF (https://www.nsf.gov/) negli Stati Uniti d'America, insieme con l'Interferometro Virgo (https://www.ego-gw.it/public/about/whatIs.aspx) in Italia, hanno rilevato onde gravitazionali che hanno raggiunto la Terra. Questo, il quinto evento gravitazionale osservato, è stato chiamato GW170817. Circa due secondi più tardi, due osservatori spaziali, Fermi (il Fermi Gamma-ray Space Telescope (https://www.nasa.gov/content/fermi-gamma-ray-space-telescope)) della NASA e INTEGRAL (INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory (http://sci.esa.int/integral/)) dell'ESA, hanno rilevato un lampo di luce gamma (https://en.wikipedia.org/wiki/Gamma-ray_burst) corto dalla stessa area del cielo.
La rete di osservatori LIGO-Virgo aveva circoscritto la posizione della sorgente all'interno di in un'ampia regione del cielo australe, della dimensione di parecchie centinaia di volte la dimensione della Luna piena, che contiene milioni di stelle [1] (https://www.eso.org/public/italy/news/eso1733/#1). Appena scesa la notte in Cile, molti telescopi sono stati diretti verso questa zona di cielo, alla ricerca di un nuovo punto luminoso. Tra questi: VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy (https://www.eso.org/public/teles-instr/paranal-observatory/surveytelescopes/vista/)) e VST (VLT Survey Telescope (http://www.eso.org/public/teles-instr/paranal-observatory/surveytelescopes/vst/)) dell'ESO all'Osservatorio del Paranal (http://www.eso.org/public/teles-instr/paranal-observatory/vlt/), il telescopio italiano REM (Rapid Eye Mount (http://www.eso.org/public/teles-instr/lasilla/rem/)) installato all'Osservatorio di La Silla (http://www.eso.org/public/teles-instr/lasilla/) dell'ESO, il telescopio LCO da 0,4 metri (https://lco.global/observatory/0.4m/) di diametro all'Osservatorio di Las Cumbres, l'americano DECcam (http://www.ctio.noao.edu/noao/node/1033) all'Osservatorio Interamericano di Cerro Tololo. Il telescopio Swope da 1 metro (http://obs.carnegiescience.edu/swope) di diametro è stato il primo ad annunciare una nuova sorgente di luce, molto vicina alla galassia NGC 4993, una galassia lenticolare (https://en.wikipedia.org/wiki/Lenticular_galaxy) nella costellazione dell'Idra (https://en.wikipedia.org/wiki/Hydra_(constellation)), mentre quasi nello stesso momento le osservazioni di VISTA identificavano la stessa sorgente a lunghezze d'onda infrarosse. Mentre la notte scendeva sempre più a ovest sul globo, i telescopi delle Hawaii Pan-STARSS (https://panstarrs.stsci.edu/) e Subaru (https://subarutelescope.org/) si rivolgevano verso la sorgente per per vederla evolvere rapidamente.
"Ci sono rare occasioni in cui uno scienziato ha la possibilità di assistere all'inizio di una nuova era", ha commentato Elena Pian, astronoma all'INAF, Italia, e prima autrice di uno degli articoli pubblicati da Nature. "E questo è uno di quei momenti!"
L'ESO ha lanciato una delle più grandi campagne osservative per "target of opportunity" (cioè per oggetti variabili o comunque non noti in precedenza) e molti telescopi dell'ESO o a cui ESO partecipa hanno osservato l'oggetto nelle settimane dopo la scoperta [2] (https://www.eso.org/public/italy/news/eso1733/#2). Il VLT (Very Large Telescope (http://www.eso.org/public/teles-instr/paranal-observatory/vlt/)) dell'ESO, l'NTT (New Technology Telescope (http://www.eso.org/public/teles-instr/lasilla/ntt/)), il VST, il telescopio da 2,2 metri dell'MPG/ESO (https://www.eso.org/public/teles-instr/lasilla/mpg22/) e ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (http://www.eso.org/public/teles-instr/alma/)) [3] (https://www.eso.org/public/italy/news/eso1733/#3) hanno tutti osservato l'evento e la sua evoluzione successiva in un grande intervallo di lunghezze d'onda. Circa 70 osservatori in tutto il mondo, tra cui il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA (http://www.spacetelescope.org/), sono stati puntati sulla sorgente.
Le stime di distanza prodotte sia dai dati delle onde gravitazionali che da altre osservazioni sono concordi nel posizionare GW170817 alla stessa distanza di NGC 4993, a circa 130 milioni di anni luce dalla Terra. Ciò rende la sorgente sia l'evento di onde gravitazionali più vicino mai visto finora che uno dei più vicini lampi di luce gamma mai osservato [4] (https://www.eso.org/public/italy/news/eso1733/#4).
Le increspature dello spazio-tempo note come onde gravitazionali vengono create da masse in movimento, ma solo le più intense, prodotte da rapidi cambiamenti della velocità di oggetti molto massicci, sono oggi osservabili. Uno di questi eventi è la fusione di stelle di neutroni (https://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_star), il resto estremamente denso del nucleo collassato di una stella di alta massa: ciò che rimane dopo un'esplosione di supernova [5] (https://www.eso.org/public/italy/news/eso1733/#5). Queste fusioni erano ritenute anche la spiegazione più convincente per spiegare i lampi di luce gamma (https://en.wikipedia.org/wiki/Gamma-ray_burst) corti. Un evento esplosivo circa 1000 volte più brillante di una tipica nova (https://en.wikipedia.org/wiki/Nova) - noto perciò come chilonova (https://en.wikipedia.org/wiki/Kilonova) - è previsto dopo uno di questi lampi gamma.
La detezione quasi simultanea di onde gravitazionali e raggi gamma da GW170817 aveva fatto ben sperarare che questo oggetto fosse dunque una delle tanto cercate chilonove e le osservazioni con i telescopi dell'ESO hanno mostrato proprietà molto vicine alle previsioni teoriche. Le chilonove sono state proposte più di 30 anni fa, ma questa è la prima osservazione confermata.
Dopo la fusione delle due stelle di neutroni, un'esplosione di elementi chimici pesanti in rapida espansione ha lasciato la chilonova, muovendosi a una velocità pari a un quinto della velocità della luce. Il colore della chilonova è passato da molto blu a molto rosso nel corso dei giorni successivi, un cambiamento più rapido di quanto mai osservato in un'esplosione stellare.
"Quando lo spettro è comparso sui nostri schermi mi sono reso conto che questo è l'oggetto transiente più strano che io abbia mai visto", ha detto Stephen Smartt, che guidava le osservazioni con l'NTT di ESO nell'ambito del programma osservativo ePESSTO (extended Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects (http://www.pessto.org/); cioè l'estensione della survey pubblica dell'ESO per l'osservazione spettroscopica di oggetti transienti). "Non avevo mai visto nulla di simile! I nostri dati, insieme a quelli di altri gruppi, hanno dimostrato a tutti che questa non era una supernova o una stella variabile di primo piano, ma qualcosa di veramente notevole."
Gli spettri ottenuti da ePESSTO e dallo strumento X-shooter montato sul VLT suggeriscono la presenza di cesio e tellurio, espulsi dalle stelle di neutroni in fusione. Questi e altri elementi pesanti, prodotti proprio durante la fusione di stelle di neutroni, sarebbero lanciati nello spazio dalla chilonova che segue. Le osservazioni confermano la formazione di elementi più pesanti del ferro per mezzo di reazioni nucleari all'interno di oggetti stellari di alta densità, noti come processi-r di nucleosintesi (https://en.wikipedia.org/wiki/R-process), o di nucleosintesi con cattura rapida di neutroni, finora solo prevista dalla teoria.
"I dati ottenuti finora collimano perfettamente con le previsioni teoriche. È un vero trionfo per i teorici, una conferma che gli eventi LIGO-Virgo sono assolutamente reali e un successo per l'ESO che è riuscito a raccogliere un tale messe di dati sulla chilonova", aggiunge Stefano Covino, primo autore di uno degli articoli su Nature Astronomy.
"La grande forza dell'ESO è di avere un'ampia gamma di telescopi e strumenti per affrontare rapidamente progetti astronomici complessi e di ampio respiro. Siamo entrati in una nuova era, quella dell'astronomia multi-vettore!" conlcude Andrew Levan, primo autore di uno degli altri articoli.

[Red Hanuman]

Note

[1] I dati di LIGO-Virgo indicavano l'ubicazione della sorgente in un'area di cielo di circa 35 gradi quadrati.
[2] La galassia era osservabile di sera solo in Agoso, mentre da Settembre era troppo vicina al Sole.
[3] Sul VLT, le osservazioni sono stata realizzate con: lo spettrografo X-shooter (http://www.eso.org/public/teles-instr/paranal-observatory/vlt/vlt-instr/x-shooter/) su UT2; FORS2 (FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph 2 (http://www.eso.org/public/teles-instr/paranal-observatory/vlt/vlt-instr/fors/)) e NACO (Nasmyth Adaptive Optics System (NAOS) – Near-Infrared Imager and Spectrograph (CONICA) (http://eso.org/public/teles-instr/paranal-observatory/vlt/vlt-instr/naco/) su UT1; VIMOS (VIsible Multi-Object Spectrograph (http://eso.org/public/teles-instr/paranal-observatory/vlt/vlt-instr/vimos/)) e VISIR (VLT Imager and Spectrometer for mid-Infrared (http://eso.org/public/teles-instr/paranal-observatory/vlt/vlt-instr/visir/)) su UT3; MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer (http://www.eso.org/public/teles-instr/paranal-observatory/vlt/vlt-instr/muse/)) e HAWK-I (High Acuity Wide-field K-band Imager (http://eso.org/public/teles-instr/paranal-observatory/vlt/vlt-instr/hawk-i/)) su UT4. Le osservazioni con VST usavano OmegaCAM (http://eso.org/public/teles-instr/paranal-observatory/surveytelescopes/vst/camera/) mentre VISTA montava VIRCAM (VISTA InfraRed CAMera (http://eso.org/public/teles-instr/paranal-observatory/surveytelescopes/vista/camera/)). Nell'ambito del programma ePESSTO, l'NTT ha raccolto spettri nella banda del visibile con lo spettrografo EFOSC2 (ESO Faint Object Spectrograph and Camera 2 (http://www.eso.org/public/teles-instr/lasilla/ntt/efosc2/)) e spettri infrarossi con lo spettrografo SOFI (Son of ISAAC (http://www.eso.org/public/teles-instr/lasilla/ntt/sofi/)). Il telescopio da 2,2 metri dell'MPG/ESO ha osservato con lo strumento GROND (Gamma-Ray burst Optical/Near-infrared Detector) (https://www.eso.org/public/teles-instr/lasilla/mpg22/grond/).
[4] La distanza relativamente piccola tra la Terra e le due stelle di neutroni in fusione, circa 130 milioni di anni luce, ha reso possibili le osservazioni, dal momento che la fusione di stelle di neutroni produce un'onda gravitazionale più debole della fusione dei buchi neri, che invece rappresentano la probabile controparte dei primi quattro eventi di onde gravitazionli osservati.
[5] Quando le stelle di neutroni sono in orbita in un sistema binario, perdono energia emettendo onde gravitazionali. Si avvicinano sempre di più finchè, quando alla fine si scontrano, parte della massa del resto stellare viene convertita in energia, come descritto dalla famosa equazione di Einstein E=mc2, sotto forma di un violento impulso di onde gravitazionali.


Articolo originale QUI (https://www.eso.org/public/italy/news/eso1733/).

Ringrazio per la preziosa collaborazione corrado973.

[mbrio76]

Meraviglioso! Leggendo l'articolo del primo post, si sente l'eccitazione e la passione della ricercatrice, l'emozione per un evento che entrerà dritto dritto nei libri di storia.

[andreaconsole]

Come fanno i neutroni a dare origine a protoni?

[Red Hanuman]

@andreaconsole (https://www.astronomia.com/forum/member.php?u=4113), con il decadimento \beta- (https://it.wikipedia.org/wiki/Decadimento_beta) . Vedi anche QUI (https://it.wikipedia.org/wiki/Neutrone).

[Dinamo]

Domanda che mi è nata da questo articolo ma non lo riguarda direttamente (spero non sia troppo OT):
secondo la teoria attuale, per quanto ne so, se un oggetto "cade" in un buco nero un osservatore esterno lo vede fermarsi a una lunghezza di planck dall'orizzonte degli eventi per via della dilatazione temporale, dunque nel caso della coalescenza di due buchi neri ciò che osserveremmo sarebbero due buchi neri pressoché tangenti l'uno all'altro? (separati da una lunghezza di plank).
Però si dovrebbe essere formato un buco nero dal diametro dell'OE più grande, che dovrebbe impedire la fuga di luce in certe regioni che prima non erano occupate da nessuno dei due buchi neri iniziali. Eppure, vedendo due buchi neri tangenti, quella regione dovrebbe comunque esserci visibile. In pratica la luce, per noi, sfuggirebbe dall'OE!!!
Come si risolve?
Spero di essermi spiegato.

[Enrico Corsaro]

Domanda che mi è nata da questo articolo ma non lo riguarda direttamente (spero non sia troppo OT):
secondo la teoria attuale, per quanto ne so, se un oggetto "cade" in un buco nero un osservatore esterno lo vede fermarsi a una lunghezza di planck dall'orizzonte degli eventi per via della dilatazione temporale, dunque nel caso della coalescenza di due buchi neri ciò che osserveremmo sarebbero due buchi neri pressoché tangenti l'uno all'altro? (separati da una lunghezza di plank).

Non vedresti mai fermarlo veramente, ci vorrebbe un tempo infinito per ottenere questa condizione per via della dilatazione temporale.

Anche nella coalescenza di due buchi neri quindi, in teoria non vedresti accadere l'evento del merging se sei all'interno del sistema perchè la luce in uscita verrebbe ritardata dalla dilatazione temporale. Tuttavia vedresti poi una possibile esplosione e la conseguente fuoriuscita di radiazioni una volta che il merging è avvenuto a causa della rottura delle condizioni iniziali, cioè perchè il sistema finale non è più quello iniziale.

A questa domanda comunque potrebbe risponderti meglio un esperto in fisica dei buchi neri e dei fenomeni di merging.

[Gaetano M.]

Dire che tutto questo è entusiasmante ancora non rende l'idea! Si capisce anche lo stupore di tutti quelli che hanno avuto la fortuna di essere , non solo spettatori, ma attori. Hai poco da aspettartele certe cose, quando avvengono però...
Una domanda: Hanno tutti detto che in questo caso, trattandosi di due stelle di neutroni, c'è stato iin contemporanea o quasi l'effetto visivo nelle diverse lunghezze d'onda. Perché, invece nel caso di due buchi neri questo non è stato possibile. Perché non era così bene individuata la provenienza, per la lontananza (dalle dieci alle venti volte più distanti, quindi con un numero enormemente più grande di galassie) o perché, nel caso dei B.H., ci sono solo le onde gravitazionali?

[Red Hanuman]

Beh, Gaetano M., come dici tu c'entra la distanza. Per vedere una controparte nell'ottico, bisogna che la fonte sia sufficientemente vicina. E la vicinanza comporta anche un numero limitato di oggetti da scansionare.

Però, c'è da ricordare che due BN che si fondono non hanno un granché da rilasciare sotto forma di onde luminose, per la loro natura.

Inoltre, la fusione di due stelle di neutroni (a quanto si è visto) comporta un gamma ray brust corto, ed esiste un piano di ricerca ad hoc per questi fenomeni.

Da ultimo, sembra che la fusione di due BN avvenga in tempi brevissimi, mentre quella tra due stelle di neutroni è più lenta. Un tempo più lungo consente una migliore individuazione della posizione dell'oggetto...;)

[Enrico Corsaro]

Ragazzi la distanza è fondamentale ma in quel caso non era solo quello il problema, è anche la localizzazione spaziale che fa la differenza.

[Dinamo]

Tuttavia vedresti poi una possibile esplosione e la conseguente fuoriuscita di radiazioni

Intanto grazie per la spiegazione!
Sì, mi ero spiegato male io per il concetto di "fermarsi".

Però ancora non mi è chiaro da dove verrebbe questa "esplosione" e questa "radiazione", dall'immediata vicinanza dell'evento? In tal caso che mezzo materiale la produrrebbe? Gas riscaldato all'estremo? Mi sembra inverosimile che parta dal buco nero.

Poi non mi è chiara nemmeno la "rottura del sistema iniziale".

[Gaetano M.]

Ho trovato molto interessante questa spiegazione di Michele Diodati:

https://spazio-tempo-luce-energia.it/cos%C3%A8-successo-davvero-in-quella-galassia-b00d72feb624

mi pare che aiuti a capire. Cosa ne dite?