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Un buco nero mangia una stella di neutroni: le prime onde gravitazionali di una stella di neutroni che collidono con un buco nero

Cosmic Pac-Man: gli astronomi hanno raccolto i primi inconfondibili segnali di onde gravitazionali dalla collisione di una stella di neutroni con un buco nero. LIGO e Virgo hanno rilevato due di questi eventi nel gennaio 2020. La stella di neutroni più piccola potrebbe essere stata inghiottita dal buco nero intero e senza un’esplosione di radiazioni accompagnata. La prova di tali collisioni miste apre l’opportunità di saperne di più sull’origine, l’evoluzione e la fine di queste coppie disuguali.

Dove prima guida Dalle onde gravitazionali nel 2016, gli astronomi hanno registrato più di 50 collisioni cosmiche con i rivelatori LIGO e Virgo. Di solito due buchi neri stellari si fondono, in alcuni casi si sono fusi due stelle di neutroni. Anche fusioni tra due partner estremisti Pubblico disuguale Erano già lì.

Rilevatore LIGO a Livingston, Louisiana: i laser nei tubi a vuoto di due chilometri fungono da indicatori delle più piccole transizioni. © Caltech / MIT / LIGO LabGO

Ma ciò che mancava finora era una chiara prova di una binaria mista: una stella di neutroni in collisione con un buco nero. Ce n’era uno ad aprile 2019 potenziali candidati, ma la posizione dei dati era troppo scarsa per ottenere prove chiare. Un altro evento a giugno 2020 dà enigmi Perché il secondo partner era troppo leggero per un buco nero, ma troppo pesante per una stella di neutroni.

Collisioni miste consecutive

Ora, per la prima volta, gli astronomi hanno rilevato segnali chiari di una stella di neutroni in collisione con un buco nero. Nel gennaio 2020, i rivelatori LIGO negli Stati Uniti e i rivelatori Virgo in Italia hanno registrato onde gravitazionali da questo duo misto due volte di seguito. “Le onde di gravità da sole non ci dicono la struttura dell’oggetto più leggero, ma possiamo determinarne la massa massima”, spiega Bhooshan Gadre del Max Planck Institute for Gravitational Physics di Potsdam.

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Queste analisi mostrano che il partner più piccolo in entrambe le collisioni non può essere un buco nero, ma piuttosto una stella di neutroni a causa della sua massa ridotta. Nell’evento GW200105 del 5 gennaio 2020, un buco nero di 8,9 masse solari e una stella di neutroni di 1,9 masse solari si sono scontrati tra loro. L’energia di questa collisione ha rilasciato onde gravitazionali che hanno raggiunto la Terra circa 900 milioni di anni dopo.

Il secondo evento è stato registrato il 15 gennaio. GW200115 proviene da un buco nero di 5,7 masse solari e una stella di neutroni di massa 1,5 masse solari, che si sono scontrate a circa un miliardo di anni luce di distanza.

C’è qualche radiazione associata?

Poiché le onde gravitazionali di questa seconda collisione hanno raggiunto sia i rivelatori LIGO che Virgo con una buona qualità, gli astronomi sono stati almeno in grado di determinare approssimativamente la probabile posizione dell’evento. Usando la triangolazione, hanno ristretto la sua posizione a un’area di cielo corrispondente alle dimensioni di circa 3.000 lune piene.

Questa determinazione approssimativa della posizione ha permesso ad altre squadre di utilizzare i telescopi per cercare gli effetti elettromagnetici della collisione. Tali esplosioni di radiazioni sono spesso assenti quando due buchi neri si scontrano, ma diventano evidenti dopo la fusione di stelle di neutroni. scopritore. Tuttavia, non è chiaro se verranno rilasciati anche in una collisione mista. Almeno con GW200115 gli astronomi non hanno trovato nulla.

Ingoiare intero – come Pac-Man

Possibile causa: il buco nero potrebbe aver inghiottito la stella di neutroni nel suo insieme, senza lasciare detriti radioattivi. “Questi non sono stati eventi in cui i buchi neri rosicchiano prima le stelle di neutroni e ne lanciano frammenti in giro come un mostro di biscotti”, spiega il portavoce di LIGO Patrick Brady dell’Università del Wisconsin-Milwaukee. Questa espulsione avrebbe generato radiazioni, ma non pensiamo che sia successo in quei casi.

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“In queste collisioni, due oggetti densi e densi semplicemente non si uniscono e non si uniscono. È più simile a Pac-Man: il buco nero divora completamente la sua stella di neutroni partner”, aggiunge la coautrice Susan Scott dell’Australian National University. Questi sono eventi davvero straordinari e stavamo aspettando da molto tempo di assisterli”.

Molte domande senza risposta

Gli eventi GW200105 e GW200115 mostrano chiaramente che queste collisioni asimmetriche esistono nell’universo e che possono essere rilevate dalle onde gravitazionali. Allo stesso tempo, queste collisioni aprono nuove opportunità per gli astronomi per studiare l’origine, l’evoluzione e la fine di queste coppie miste in modo più dettagliato. “Ci sono molte cose che non sappiamo sulle stelle di neutroni e sui buchi neri: quanto possono diventare piccole o grandi, quanto velocemente ruotano e come sono accoppiate”, spiega Maya Fischbach della Northwestern University di Evanston.

I team LIGO e Virgo stanno attualmente lavorando per migliorare i loro rilevatori al fine di raggiungere un livello più elevato di sensibilità per attivare la prossima osservazione nel 2022. Come terzo membro del gruppo, anche il rilevatore giapponese KAGRA è operativo dal 2020. ( Le Lettere del Giornale Astrofisico, doi: 10.3847/2041-8213/c082e)

Cowell: Università del Wisconsin-Milwaukee, Northwestern University, CNRS, Australian National University