Come un “pac-man” spaziale. Ecco le prime osservazioni di sistemi conosciuti come “binari compatti“, in cui un buco nero inghiotte completamente una stella di neutroni. Fenomeno cosmico estremo già teorizzato ma mai osservato direttamente in astrofisica prima d’ora, né attraverso segnali elettromagnetici, né gravitazionali.
Con una ricerca pubblicata su The Astrophysical Journal Letters, lavoro di un vastissimo team internazionale, l’astrofisica mette così a segno un doppio colpo: per la prima volta diversi rilevatori di onde gravitazionali, l’italiano Virgo e lo statunitense Ligo, hanno registrato in soli dieci giorni le prove di due distinti fenomeni di collisione tra un buco nero e una stella di neutroni, un evento assai raro.
Entrambi i segnali gravitazionali rappresentano il momento finale in cui un buco nero e una stella di neutroni entrano in spirale, ossia orbitano intorno l’uno all’altro, e si fondono insieme. Due osservazioni che rilevano per la prima volta i sistemi binari di buchi neri e stelle di neutroni (sistemi chiamati in astrofisica NSBH dall’acronimo dell’inglese neutron star e black hole). Per diversi decenni è stata prevista l’esistenza di sistemi NSBH, ma senza prove osservative convincenti fino ad ora; le osservazioni effettuate dal team di ricerca rappresentano gli ultimi attimi del processo di decadimento orbitale in cui la distanza fra i due corpi orbitanti diminuisce sempre più fino a compattarsi completamente.
La prima osservazione è del 5 gennaio 2020, effettuata dal rivelatore Advanced LIGO della National Science Foundation a Livingston negli Stati Uniti e dal rivelatore Advanced Virgo di Pisa, dove operano gruppi dell’INFN e del francese CNRS. Le onde gravitazionali captate arrivano dall’evento di fusione di un primo sistema binario compatto. Chiamato GW200105, l’evento ha interessato un buco nero con una massa nove volte più grande del nostro Sole e una stella di neutroni con due volte la massa della nostra stella. Si stima che i due oggetti si siano fusi insieme circa 900 milioni di anni fa.
Solo dieci giorni dopo, un secondo segnale simile è stato osservato, giunto questa volta da un evento differente, nominato GW200115. Le onde gravitazionali di questo secondo sistema binario compatto sono state captate da 3 rivelatori, i due di Livingston e Hanford di Advanced LIGO negli Stati Uniti e sempre dal rivelatore Virgo in Italia. In questo caso, un buco nero con circa sei volte la massa del Sole ha inghiottito una stella di neutroni con 1,5 volte la sua massa. Evento accaduto circa 1 miliardo di anni fa.
Se prima d’ora non era stato osservato nessun sistema NSBH, questa scoperta rappresenta la prima osservazione gravitazionale ma non elettromagnetica della fusione di un sistema binario di un buco e una stella di neutroni: in entrambi gli eventi, infatti, i buchi neri erano abbastanza grandi da divorare completamente le loro stelle di neutroni, lasciando poca o nessuna luce fuggire verso di noi.
Questa scoperta e le future osservazioni di sistemi binari compatti avranno un profondo impatto sulla nostra comprensione dell’Universo soprattutto per ciò che concerne la nascita, la vita e la morte delle stelle.
Crediti immagine in evidenza: NASA