Vi ricordate la prima storica osservazione delle onde gravitazionali? Nel 2017, grazie agli interferometri Ligo, negli Stati Uniti, e Virgo, in Europa, venne osservata per la prima volta un’onda gravitazionale al fianco di una radiazione elettromagnetica; entrambe vennero sprigionate da una gigantesca esplosione prodotta dalla fusione di due stelle di neutroni.

Questo evento esplosivo fu, allo stesso tempo, il primo a fornire agli astrofisici i dati dettagliati sulle kilonove, ossia le esplosioni scaturite in questi particolari fenomeni di fusione.
Chiamata AT2017gfo, la kilonova osservata nel 2017 è stata ritenuta fino a oggi una nube di fuoco di forma asimmetrica.

Tuttavia, una nuova ricerca dell’Università di Copenhagen ha scoperto che questa kilonova, esplosa a 140 milioni di anni luce dalla Terra, ha una conformazione completamente simmetrica e simile a una sfera: una perfetta palla di fuoco radioattiva.
Pubblicata su Nature, la scoperta apre nuove strade per la fisica fondamentale e per la misurazione dell’espansione dell’Universo.

Una kilonova è una gigantesca esplosione che si verifica quando due stelle di neutroni orbitano l’una intorno all’altra e infine si scontrano. La palla infuocata così generata si espande a una velocità enorme.
Fenomeno astronomico previsto nel 1974 e osservato per la prima volta nel 2013, la prima osservazione dettagliata è stata quella della kilonova AT2017gfo. Dal 2017 in poi, tutti i modelli hanno concordato che la nube esplosiva creata da questa collisione dovesse avere una forma appiattita e piuttosto asimmetrica.
I calcoli effettuati ora dagli astrofisici dell’Università di Copenhagen rivelano, al contrario, che l’esplosione è perfettamente sferica. Un contropiede che implicherebbe la necessità di rivedere le teorie e le simulazioni utilizzate finora per spiegare le kilonove.
Quale geometria assume una kilonova dipende, infatti, dalle proprietà della materia ultra-densa e dall’energia del collasso verso un buco nero.

Illustrazione dell’esplosione sferica. Crediti: Albert Sneppen.

«Il modo più probabile per rendere l’esplosione sferica è che un’enorme quantità di energia fuoriesca dal centro dell’esplosione e appiani una forma che altrimenti sarebbe asimmetrica – dice Albert Sneppen, primo autore della ricerca – Quindi la forma sferica ci dice che probabilmente c’è molta energia nel nucleo della collisione, cosa che non era prevista».

Questa misteriosa bomba energetica potrebbe essere generata, secondo gli autori, durante il passaggio dallo scontro delle due stelle di neutroni al loro collasso in un buco nero. Nel processo di fusione, infatti, le due stelle si uniscono per breve tempo in un’unica e ipermassiccia stella di neutroni.

«Forse si crea una sorta di ‘bomba magnetica’ nel momento in cui l’energia dell’enorme campo magnetico della stella di neutroni ipermassiccia viene rilasciata quando la stella collassa in un buco nero – afferma Darach Watson, coautore dell’articolo – Il rilascio di energia magnetica potrebbe causare una distribuzione più sferica della materia nell’esplosione. In questo caso, la nascita del buco nero potrebbe essere molto energetica».

Questa ipotesi stride però con un’altra caratteristica chiave delle kilonove: in questo ambiente, tra i più estremi dell’Universo, vengono infatti forgiati gli elementi più pesanti del cosmo.
I suoi prodotti, tutti più pesanti del ferro, vedono una precisa distribuzione della loro formazione secondo cui quelli più pesanti vengono creati in punti diversi rispetti a quelli più leggeri. Eppure i ricercatori hanno constatato che, nel caso di AT2017gfo, gli elementi più leggeri sono distribuiti uniformemente nello spazio. Una spiegazione plausibile fornita dal team vedrebbe un ruolo fondamentale dei neutrini, anch’essi espulsi in enorme quantità dalla stella di neutroni ipermassicca costituita prima del collasso finale.

«I neutrini possono far sì che i neutroni si convertano in protoni ed elettroni, creando così un numero maggiore di elementi leggeri», afferma Albert Sneppen.

La forma sferica rilevata per la kilonova AT2017gfo non pone solo domande su come questa configurazione si sia potuta formare, ma fa intravedere anche nuovi orizzonti per la misurazione della velocità di espansione dell’Universo. Il metodo utilizzato oggi per misurare la crescita del cosmo si basa sul calcolo della distanza tra i diversi oggetti dell’universo. Una forma sferica per le luminose kilonove permetterebbe di avere un nuovo righello cosmico molto efficace.

«Conoscere la forma è fondamentale, perché se un oggetto non è sferico, emette in modo diverso, a seconda dell’angolo di osservazione. Un’esplosione sferica fornisce una precisione di misura molto maggiore», conclude Darach Watson.

Immagine in evidenza: Illustrazione artistica della kilonova (crediti: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science)