I misteriosi raggi X potrebbero essere il “bagliore residuo” della kilonova dalle fusioni di stelle di neutroni del 2017

Rappresentazione artistica della fusione di due stelle di neutroni per formare un buco nero (nascosto all'interno di un rigonfiamento luminoso al centro dell'immagine).  La fusione genera getti di materia opposti ad alta energia (blu) che riscaldano il materiale attorno alle stelle, facendole emettere raggi X (nuvole rossastre).
Ingrandisci / Rappresentazione artistica della fusione di due stelle di neutroni per formare un buco nero (nascosto all’interno di un rigonfiamento luminoso al centro dell’immagine). La fusione genera getti di materia opposti ad alta energia (blu) che riscaldano il materiale attorno alle stelle, facendole emettere raggi X (nuvole rossastre).

NASA/CXC/M. Weiss

Nel 2017, gli astronomi hanno scoperto un fenomeno noto comekilonova“: Una fusione di due stelle di neutroni accompagnata da potenti lampi di raggi gamma. Tre anni e mezzo dopo, gli astrofisici hanno scoperto un misterioso raggio X che ritengono potrebbe essere il primo rilevamento del ‘bagliore dopo kilonova’”, secondo a un nuovo documento di ricerca pubblicato Gli astrofisici potrebbero essere la prima osservazione della caduta della materia nel buco nero formatosi dopo la fusione.

come informaci In precedenza, Scopri LIGO attraverso le onde gravitazionali interferometria laser. Questo metodo utilizza laser ad alta potenza per misurare piccoli cambiamenti nella distanza tra due oggetti situati a chilometri di distanza. (LIGO ha rilevatori a Hanford, Washington, ea Livingston, Louisiana. Un terzo rilevatore in Italia, noto come Advanced VIRGO, è stato commissionato nel 2016.) Avere tre rilevatori significa che gli scienziati possono individuare da dove provengono i cinguettii del cielo notturno.

Oltre a sette fusioni binarie di buchi neri, scopri la seconda corsa di LIGO, dal 30 novembre 2016 al 25 agosto 2017, Fusione binaria tra stelle di neutroni con una volta esplosione di raggi gamma e segnali nel resto dello spettro elettromagnetico. L’evento è ora noto come GW170817. Questi segnali includevano segni rivelatori di elementi pesanti – in particolare oro, platino e uranio – creati dalla collisione. La maggior parte degli elementi più leggeri si formano nelle soffocanti esplosioni di stelle massicce note come supernove, ma gli astronomi hanno a lungo ipotizzato che gli elementi più pesanti possano avere origine nella kilonova prodotta dalla collisione di due stelle di neutroni.

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La scoperta di Kilonova nel 2017 ha fornito la prova che questi astronomi avevano ragione. La registrazione di questo tipo di evento celeste era senza precedenti e segnò ufficialmente l’alba di una nuova era nella cosiddetta “Astronomia multimessaggio. “

Da allora, gli astronomi hanno cercato una firma ottica corrispondente quando LIGO/VIRGO rileva un segnale di onda gravitazionale di fusioni di stelle di neutroni o fusioni di stelle di neutroni con buchi neri. Il presupposto era che le fusioni di buchi neri e buchi neri non avrebbero prodotto alcuna firma ottica, quindi non aveva senso cercarne una, fino al 2020. Fu allora che gli astronomi scoprirono prima guida per un tale fenomeno. Gli astronomi hanno fatto la scoperta combinando i dati delle onde gravitazionali con i dati raccolti durante un’indagine automatizzata del cielo.

Ma Kilonova 2017 rimane unico, secondo Abrajita Hajela, autrice principale del nuovo articolo e studentessa laureata presso la Northwestern University. Hajela Chiama Kilonova “L’unico evento nel suo genere” e “uno scrigno di numerose prime osservazioni nel nostro campo”. Insieme ad altri astronomi della Northwestern e dell’Università della California, Berkeley, ha monitorato l’evoluzione di GW170817 da quando è stato scoperto per la prima volta da LIGO/Virgo utilizzando un veicolo spaziale spaziale. Osservatorio a raggi X Chandra.

Illustrazione dell'Osservatorio a raggi X Chandra nello spazio, il telescopio a raggi X più sensibile di sempre.
Ingrandisci / Illustrazione dell’Osservatorio a raggi X Chandra nello spazio, il telescopio a raggi X più sensibile di sempre.

NASA/CXC/NGST (dominio pubblico)

Chandra ha rilevato per la prima volta le emissioni di raggi X e radio da GW170817 due settimane dopo la fusione, durata 900 giorni. Ma quei raggi X iniziali, alimentati da un jet da fusione a velocità prossima alla luce, hanno iniziato a svanire all’inizio del 2018. Tuttavia, da marzo 2020 fino alla fine di quell’anno, il forte calo della luminosità si è interrotto e l’emissione di raggi X divenne costante, un po’ in termini di luminosità.

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Per aiutare a risolvere il mistero, Hajela e il suo team hanno raccolto ulteriori dati osservativi sia con Chandra che con Very Large Array (VLA) nel dicembre 2020, 3,5 anni dopo la fusione. È stata Hajela a svegliarsi alle 4 del mattino con una notifica di emissioni di raggi X sorprendentemente forti e luminose, quattro volte superiori a quanto ci si aspetterebbe a questo punto se le emissioni fossero state alimentate solo dal jet. (Il VLA non ha rilevato alcuna emissione radio.) Queste nuove emissioni sono rimaste a un livello costante per 700 giorni.

Ciò significa che una fonte di raggi X completamente diversa deve essere la loro fonte di energia. Una possibile spiegazione è che i detriti in espansione della fusione abbiano generato un’onda d’urto, simile a un boom sonico, oltre a getti. In questo caso, le stelle di neutroni che si uniscono non possono collassare istantaneamente in un buco nero. Invece, le stelle ruotano rapidamente per un secondo. Questa rapida rotazione avrebbe contrastato il collasso gravitazionale abbastanza brevemente da produrre una rapida coda dei pesanti proiettili di Kilonova, che erano l’impulso per l’onda d’urto. Man mano che quei pesanti proiettili rallentavano nel tempo, la loro energia cinetica veniva convertita in calore dagli shock.

“Ci cadrai dentro. Fatto.”

“Se le stelle di neutroni in fusione dovessero collassare direttamente in un buco nero senza una fase intermedia, sarebbe molto difficile spiegare l’eccesso di raggi X che vediamo ora, perché non ci sarebbe una superficie solida per far rimbalzare le cose volando in alto velocità per creare queste aurore.” La coautrice Raffaella Margutti ha detto: dell’Università della California a Berkeley. “Ci cadrai dentro. Fatto. Il vero motivo per cui sono scientificamente eccitato è perché potremmo vedere qualcosa di più dall’aereo. Potremmo finalmente ottenere alcune informazioni sul nuovo oggetto compatto.”

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Brian Metzger della Columbia University ha proposto uno scenario alternativo: l’emissione di raggi X potrebbe essere innescata da materiale che cade nella fenditura posteriore formata durante la fusione. Questa è anche una novità scientifica, ha detto Hagel, dal momento che questo tipo di accumulo a lungo termine non è stato osservato prima.

Ci sono più osservazioni pianificate d’ora in poi e questi dati aiuteranno a risolvere il problema. Se i raggi X e le emissioni radio aumenteranno nei prossimi mesi o anni, ciò confermerà lo scenario dell’aurora kilonova. Se le emissioni di raggi X diminuissero drasticamente o rimanessero costanti, senza emissioni radio di accompagnamento, ciò confermerebbe lo scenario in crescita del buco nero.

Indipendentemente da ciò, “questa sarà la prima volta che vedremo un’aurora kilonova o la prima volta che vedremo la materia cadere in un buco nero dopo la fusione di una stella di neutroni”, Il coautore Joe Bright ha detto:Postdoc presso l’Università della California, Berkeley. “Nessun risultato sarebbe molto eccitante”.

DOI: The Astrophysical Journal Letters, 2022. 10.48550 / arXiv.2104.02070 (Informazioni sui DOI).

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