Fermi osserva il bagliore che accompagna le onde gravitazionali

Alle 10:51 ora italiana del 14 Settembre 2015, gli astronomi hanno acquisito un nuovo senso per sondare le profondità più violente e misteriose del cosmo, con l'identificazione da parte dell'interferometro LIGO delle primissime onde gravitazionali.
Meno di mezzo secondo più tardi, il telescopio spaziale Fermi della NASA ha rilevato un debole lampo di luce ad alta energia provenire dalla stessa porzione di cielo delle onde gravitazionali. Le analisi degli scienziati mostrano che le probabilità che si tratti di una semplice coincidenza sono dello 0.2 percento. La scoperta è piuttosto inaspettata, in quanto i principali modelli prevedono che la fusione di due buchi neri come quella responsabile delle onde rilevate da LIGO non dovrebbe produrre radiazioni elettromagnetiche.

Una simulazione della distorsione dello spaziotempo in prossimità di due buchi neri poco prima della loro fusione. Credit: NASA/J. Bernard Kelly (Goddard), Chris Henze (Ames) and Tim Sandstrom (CSC Government Solutions LLC)

Secondo la ricostruzione degli scienziati, le onde gravitazionali - increspature nello spaziotempo, il tessuto dell'Universo - sarebbero state prodotte 1.3 miliardi di anni fa dalla collisione di due buchi neri. Dotati di 29 e 36 masse solari e larghi circa 150 chilometri l'uno, i due buchi neri si sarebbero scontrati viaggiando a metà della velocità della luce, fondendosi in un unico buco nero 62 volte più massiccio della nostra stella. Le tre masse solari mancanti sarebbero state rilasciate sotto forma di un'onda gravitazionale, rilevata con sette millisecondi di differenza da due diversi esperimenti negli USA.
Mentre LIGO ha "ascoltato" la collisione, Fermi - sempre che i suoi dati non mentano - ne ha osservato il bagliore a raggi gamma e raggi X.

L'area di incertezza nelle misurazioni di Fermi. Credits: NASA/J. Bernard Kelly (Goddard), Chris Henze (Ames) and Tim Sandstrom (CSC Government Solutions LLC)

"Ci sono poche probabilità che questa interessante scoperta sia un falso allarme, ma prima di poter iniziare a riscrivere i libri di testo dovremo osservare altri lampi associati ad onde gravitazionali da fusioni di buchi neri," spiega Valerie Connaughton, autrice dello studio riguardo i dati di Fermi.
In futuro, le osservazioni di Fermi potrebbero rivelare preziosi dettagli su questi drammatici eventi. Lo strumento GBM, responsabile della scoperta, opera ad energie comprese tra 8000 e 40 milioni di elettronvolt. La luce visibile, per confronto, va da 2 a 3 eV. GBM è progettato per analizzare i lampi gamma più brevi, che in media durano meno di due secondi. Si pensa che questi fenomeni siano dovuti allo scontro tra oggetti compatti, quali stelle di neutroni e buchi neri. Le stesse fusioni produrrebbero anche onde gravitazionali.
"Con un solo evento, i raggi gamma e le onde gravitazionali ci diranno esattamente cosa causa un lampo gamma," spiega Lindy Blackburn di LIGO. "C'è una sinergia incredibile tra le due osservazioni: i raggi gamma ci rivelano dettagli sull'energia e sull'ambiente delle sorgenti, mentre le onde gravitazionali sondano le dinamiche che portano all'evento."
Purtroppo, per quanto avanzati, gli interferometri come LIGO dispongono di una bassa risoluzione spaziale. L'incertezza sulla posizione celeste dello storico evento osservato a Settembre, ad esempio, è di circa 600 gradi quadrati.
"È un pagliaio piuttosto grande da setacciare se il tuo ago è un lampo gamma veloce e debole, ma qui entra in gioco il nostro strumento," spiega Eric Burns dell'Università dell'Alabama. "Identificare un lampo gamma ci permette di ridurre l'area di incertezza di LIGO e di sfoltire significativamente il pagliaio."
Il lampo osservato da Fermi immediatamente dopo LIGO è durato circa un secondo. Purtroppo, il lampo ha colpito il rilevatore quasi di lato, complicando la ricostruzione della sua traiettoria. Tuttavia, il fatto che la Terra bloccasse parte dell'area di incertezza di Fermi ha consentito agli scienziati di migliorare le loro stime sulla posizione della sorgente del lampo.
Assumendo che il lampo gamma di Fermi e le onde gravitazionali di LIGO siano stati prodotti dallo stesso evento, i dati raccolti dal telescopio della NASA permetterebbero ai ricercatori di ridurre l'area di incertezza di due terzi, fino a meno di 200 gradi quadrati. In futuro, con un angolo di impatto un po' più favorevole, Fermi sarà in grado di raggiungere una precisione ancora maggiore.