Debutta l’astronomia multi-messaggero, impresa planetaria

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Con l’annuncio di un’onda gravitazionale proveniente dallo scontro di due stelle di neutroni siamo entrati in una nuova era per l’astrofisica

Nel 1609, quando Galileo pose l’occhio sulla lente del cannocchiale e scrutò il cielo come nessun uomo prima di lui provò un’emozione immensa. Aggiungere “alla immensa moltitudine delle stelle fisse” visibili ad occhio nudo “altre innumeri, prima non mai vedute e che il numero delle antiche e note superano più di dieci volte” – come scrisse un anno dopo nel Sidereus Nuncius – racchiude il senso della sua meraviglia.

Era nata l’astronomia che usa le onde elettromagnetiche come messaggero dal corpo celeste osservato fino a noi, allora solo la luce proveniente dagli astri, più tardi radiazioni ultraviolette, infrarosse, radio fino a tutta la gamma dello spettro elettromagnetico. La stessa emozione che, dal 17 agosto scorso fino all’annuncio di oggi, devono aver provato le migliaia di scienziati che nei laboratori di ogni parte del mondo hanno osservato con gli interferometri LIGO (gestiti da Caltech e MIT) e Virgo (gestiti dall’Istituto nazionale di fisica nucleare e dal Centre National de la Recherche Scientifique) e con una formidabile batteria di 70 telescopi spaziali e terrestri un cataclisma cosmico nella costellazione dell’Idra, nell’emisfero sud, prima attraverso le onde gravitazionali e poi attraverso le onde elettromagnetiche prodottesi. Hanno avuto la certezza di essere stati di colpo catapultati in una rivoluzione scientifica come quella di Galileo: che fosse diventata realtà l’astronomia multi messaggero, cioè quella che usa come messaggeri cosmici onde gravitazionali, elettromagnetiche, raggi cosmici e neutrini.

Una rivoluzione che non appartiene a un pugno di uomini come in epoca galileiana, ma è un’impresa planetaria. “Una giornata storica per la scienza”, come l’ha definita il presidente dell’Agenzia Spaziale Italiana, Roberto Battiston. Un inno alla coesione e alla cooperazione, una lezione dal mondo scientifico, quanto mai attuale in quest’epoca storica. Ecco perché l’annuncio è avvenuto oggi in varie parti del mondo attraverso conferenze stampa simultanee delle principali istituzioni scientifiche coinvolte: a Roma, nella sede del Ministero dell’Istruzione dell’Università e della Ricerca, alla presenza della Ministra Fedeli e dei presidenti dell’Agenzia spaziale italiana, Battiston, dell’Istituto nazionale di astrofisica, Nichi D’Amico, e dell’Istituto nazionale di fisica nucleare, Fernando Ferroni.

In questi mesi migliaia di ricercatori sparsi ovunque afferenti a un cinquantina di collaborazioni diverse hanno avuto il privilegio di guardare il cosmo con gli occhiali più nitidi che l’umanità abbia mai posseduto. Ed è stato come trovare la pentola d’oro ai piedi dell’arcobaleno. Dodici articoli scientifici escono oggi sulle principali riviste di settore; il presidente dell’INAF, D’Amico parla di ”un torrente di articoli” che stanno per essere pubblicati nei quali la presenza di ricercatori italiani è assai significativa.

La storia sembra un’ottima sceneggiatura per un action movie: il 17 agosto scorso gli interferometri LIGO e Virgo osservano un’onda gravitazionale insolita rispetto alle precedenti osservazioni. Dura a lungo, un centinaio di secondi contro la frazione di secondo di quelle già registrate e prodotte dallo scontro di due buchi neri. Il sospetto che stavolta i corpi celesti coinvolti siano altri è forte e infatti i dati mostrano che l’urto è avvenuto tra due stelle di neutroni, di masse comprese tra 1,1 e 1,6 volte la massa del Sole. E questa è una prima assoluta.

Le stelle di neutroni sono tra gli oggetti più compatti e più densi esistenti nell’universo. Quando una stella gigante muore esplodendo in una supernova, resta un piccolo nucleo composto quasi solo di neutroni. Questo ha all’incirca le dimensioni di una metropoli come Londra, ma un cucchiaino da tè del materiale di cui è composto pesa circa un miliardo di tonnellate.
Due secondi dopo la cattura dell’onda gravitazionale da parte di LIGO e Virgo, il satellite della NASA Fermi e poi il satellite dell’Agenzia spaziale europea INTEGRAL (che hanno entrambe un grande contributo della nostra agenzia spaziale e della ricerca italiana) registrano un lampo di raggi gamma, cioè un flash di radiazione elettromagnetica ad alta energia, un evento rilevato con una media settimanale e perciò non troppo speciale, se non fosse concomitante con l’osservazione dell’onda gravitazionale. Per di più il lampo proviene da uno spicchio di cielo compatibile con quello individuato da LIGO e Virgo per l’onda gravitazionale generata dalle due stelle di neutroni. Le analisi successive confermano che i due eventi sono correlati e gettano luce su uno dei misteri cosmici irrisolti dell’astrofisica contemporanea: l’origine di certi lampi di raggi gamma di breve durata. Ora abbiamo la conferma che possono essere prodotti nella fusione di due stelle di neutroni.
Tra l’altro, la combinazione dell’osservazione dell’onda gravitazionale e di quella del lampo di raggi gamma “conferma ancora una volta – sottolinea Battiston – la teoria della relatività generale di Albert Einstein, che prevede che anche le onde gravitazionali viaggino alla velocità della luce”.

Ma la “pletora di risultati da togliere il fiato” come la definisce il coordinatore della collaborazione Virgo, Jo van den Brand, non finisce qui.

Virgo e LIGO a tempo di record hanno ristretto la zona delle ricerche ad uno spicchio di cielo nell’emisfero sud, costellazione dell’Idra, grande quanto 120 lune piene. E’ lì che indicano a 90 gruppi astronomici sparsi un po’ ovunque nel mondo di puntare i propri strumenti. Passano 12 lunghe ore e poi arrivano notizie dal Cile: il gruppo 1M2H che usa lo Swope Telescope afferma di aver rilevato la presenza di un nuovo punto luminoso nella Galassia NGC4993, 130 milioni di anni luce dalla Terra. L’avvistamento è confermato dal telescopio spaziale Hubble, dal Telescopio ESO in Cile, dalla rete di 20 telescopi robotizzati Las Cumbres sparsi su tutto il pianeta, e da molti altri partners.

Il punto luminoso viene seguito per giorni, a Las Cumbres lo vedono brillare prima più intenso poi più fioco fino spegnersi in cinque giorni. Di che si tratta? Una supernova viene esclusa dalle analisi spettrali (cioè dalla distribuzione di intensità luminosa in funzione della lunghezza d’onda). Gli scienziati, tra cui molti ricercatori italiani del Very Large Telescope (VLT), capiscono di aver visto per la prima volta un fenomeno teorizzato ma mai osservato prima: una kilonova, il processo principale attraverso cui nell’universo si formano gli elementi chimici più pesanti del ferro.

Le due stelle di neutroni, nel loro urto fecondo, non solo hanno inviato un’onda gravitazionale e prodotto il lampo di raggi gamma, ma hanno emesso materia nella quale avvengono reazioni nucleari che, per l’alta presenza di neutroni di cui sono fatte queste stelle, danno vita a elementi come il piombo, il platino o l’oro. Oro che si disperde nello spazio, raffreddandosi progressivamente.

Oro, come il contenuto della pentola ai piedi dell’arcobaleno e come il messaggio di coesione e cooperazione inviato 130 milioni di anni fa da due stelle di neutroni e arrivato oggi sul Pianeta azzurro.

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