(AGENPARL) - Roma, 6 Settembre 2024 - (AGENPARL) – ven 06 settembre 2024 Gentile collega,
ti segnaliamo la notizia pubblicata su Media Inaf riguardante uno studio
pubblicato oggi su ApJL da Maurice van Putten e Maryam Abchouyeh
dell’Università di Sejong e da Massimo Della Valle dell’INAF, secondo cui
gli attuali interferometri per onde gravitazionali potrebbero essere in
grado di rivelare anche segnali extragalattici emessi da particolari
supernove prodotte in seguito al collasso del nucleo di stelle molto
massicce:

Ascoltando il “chirp” d’una supernova che collassa

Di seguito riportiamo il testo integrale della notizia:
STELLA DI NEUTRONI O BUCO NERO? NEL SEGNALE IL MOTORE DEL COLLASSO
Ascoltando il “chirp” d’una supernova che collassa
Gli attuali interferometri per onde gravitazionali hanno fino a oggi
rivelato segnali da eventi di fusione di due oggetti compatti. Stando a uno
studio pubblicato oggi su ApJL da Maurice van Putten e Maryam Abchouyeh
dell’Università di Sejong e da Massimo Della Valle dell’Inaf, potrebbero
però essere in grado di rivelare anche segnali extragalattici emessi da
particolari supernove prodotte in seguito al collasso del nucleo di stelle
molto massicce
Redazione Media Inaf
06/09/2024
È opinione comune che l’attuale generazione di rivelatori di onde
gravitazionali Ligo-Virgo-Kagra (Lvk) possa rilevare le supernove da
collasso gravitazionale del nucleo (Cc-Sne) all’interno della Via Lattea e
comunque non oltre i suoi dintorni. Una nuova ricerca mostra che Lvk
potrebbe rilevare le Cc-Sne più energetiche fino a distanze mille volte
maggiori, fino all’ammasso della Vergine
e oltre. Questa nuova
prospettiva è stata recentemente presentata al convegno internazionale
Cospar 2024 ed è riportata oggi
su *The
Astrophysical Journal Letters*.
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Sebbene le Cc-Sne siano piuttosto eterogenee, questa nuova prospettiva
riguarda le supernove di tipo Ic
, i cui
progenitori esplodono (vedi animazione qui sopra) dopo aver perso gli
inviluppi di idrogeno ed elio. Queste Cc-Sn sono note perché una loro
sottoclasse, caratterizzata da grandi velocità di espansione, denominata
Sne-Ic “broad lines” (Sne-Ic Bl) risulta associata con lampi gamma (Grb) di
lunga durata. È importante sottolineare che eventi di questo tipo sono
probabilmente caratterizzati, alla fine del collasso del *core* (il
nucleo), dalla formazione di buchi neri in rapida rotazione. Il “serbatoio”
di energia è rappresentato in questo caso dal loro momento angolare, che
supera di gran lunga quello delle stelle di neutroni che alimentano eventi
relativamente più frequenti.
Questa nuova prospettiva si basa su due ingredienti chiave: un buco nero in
rotazione circondato da materia ad alta densità sotto forma di un disco o
toro compatto. Questo toro può agire come catalizzatore e facilitare la
conversione di parte dell’energia di spin in radiazione gravitazionale. Col
tempo, il toro si espande, man mano che il buco nero perde lentamente
velocità di rotazione, e questo processo produce un caratteristico *chirp*
discendente nelle onde
gravitazionali. Questo processo di perdita di velocità di rotazione del
buco nero è stato osservato in *Gw 170817B*, associato alla kilonova At
2017gfo che ha
seguito la fusione doppia di neutroni Gw 170817
.
Un’emissione molto simile è attesa da Cc-Sne energetiche, scalata per
massa. È cruciale notare che Gw 170817B è stato osservato alla distanza
extragalattica di 40 Mpc, circa mille volte il diametro della Via Lattea.

Distanze dell’orizzonte in funzione della massa di buchi neri inizialmente
in rapida rotazione mediante mass-scaling di Gw 170817B/Grb 170817A (punto
blu) e miglioramento del rilevatore in O4 rispetto a O2. È evidenziato
l’intervallo di massa previsto dei buchi neri prodotti in Cc-Sne
energetiche (magenta). Crediti: Maurice H.P.M. van Putten et al., ApJL, 2024
«Considerando le attuali capacità degli osservatori Lvk e i nostri
risultati, stimiamo che, in condizioni ottimali, potremmo rilevare fino a
circa un evento all’anno. In modo più conservativo e forse più realistico,
assumendo condizioni meno favorevoli e tenendo conto dei cicli di attività
limitati dei rivelatori, stimiamo un tasso di *detection* di pochi eventi
per decennio. Questo è comunque significativamente superiore ai due eventi
per secolo previsti nella Via Lattea», dice *Maurice van Putten*
dell’Università
di Sejong, astrofisico associato all’Inaf che sta conducendo questo studio
insieme alla ricercatrice *postdoc* *Maryam A. Abchouyeh* e a *Massimo
Della Valle *dell’Inaf di Napoli.
Questo risultato, basato su calcoli accurati, deriva da tre semplici
considerazioni, spiegano gli autori dello studio. Anzitutto, rispetto a Gw
170817, ottenuto durante l’O2 (secondo *observation run*) di Lvk nel 2017,
l’attuale rivelatore O4 è più
sensibile di un fattore 1,8. Secondo, si prevede che i buchi neri prodotti
nelle Sn-Ic Bl siano relativamente più massicci. Questo consente – terza
considerazione – un output energetico più elevato a frequenze inferiori,
più vicine allo *sweet spot* della sensibilità del rivelatore Lvk (circa
100-250 Hz). Per O4, l’insieme di questi tre fattori spinge la distanza
dell’orizzonte di osservabilità delle Sn-Ic Bl che producono buchi neri
fino ad almeno decine di megaparsec, migliorando la prospettiva statistica
di una rilevazione di circa due ordini di grandezza rispetto all’O2.
*Osservazioni multi-messenger di Cc-Sne*
Le onde gravitazionali potrebbero avere la capacità di rivelare il motore
centrale e quindi la natura del *remnant* dell’esplosione stellare: stelle
di neutroni o buchi neri. Distinguere tra questi due scenari basandosi solo
su osservazioni elettromagnetiche appare notoriamente difficile. Anche per
oggetti molto vicini come Sn 1987A,
nella Grande Nube di Magellano, abbiamo dovuto aspettare circa 37 anni – con
le recenti osservazioni del James Webb Space Telescope
– per
fornire prove convincenti dell’esistenza di una stella di neutroni come
*remnant* dell’esplosione di Sn 1987A.

Qui sopra, il chirp ascendente caratteristico della fusione di due oggetti
compatti. La perdita di velocità di rotazione di un singolo oggetto
compatto avrebbe invece come firma gravitazionale caratteristica un chirp
discendente. Crediti: Ligo Collaboration
Una rilevazione di un *chirp* discendente di onde gravitazionali
identificherebbe inequivocabilmente la perdita di velocità di rotazione di
un oggetto compatto. Un output energetico superiore al budget limitato di
una stella di neutroni in rapida rotazione rivelerebbe un buco nero,
indicando un progenitore di massa relativamente alta. Alternativamente, una
non-rilevazione fornirebbe prove indirette di una stella di neutroni,
indicando una massa del progenitore probabilmente inferiore a venti masse
solari, come per Sn 1987A.
La potenziale rilevazione di onde gravitazionali delle Cc-Sne ben dentro
l’universo locale ha infine stimolato lo sviluppo di nuovi algoritmi per
captare segnali che fino a oggi erano sfuggiti e per realizzare
un’integrazione profonda con l’astronomia elettromagnetica tradizionale.
«Il nostro studio indica che l’attuale generazione di Lvk potrebbe rivelare
che alcune supernove potrebbero, in effetti, essere più luminose nella loro
emissione di onde gravitazionali di quanto creduto in passato», spiega van
Putten. «Questo pone l’astronomia delle onde gravitazionali all’avanguardia
anche in settori come quello delle Cc-Sne, tradizionalmente terreno di
caccia di astronomi “elettromagnetici”».
«Con l’entrata in funzione dei futuri rivelatori di nuova generazione, come
il Telescopio Einstein nell’Unione europea e il Cosmic Explorer negli Stati
Uniti, la missione spaziale Lisa e la missione satellitare di lampi gamma
Theseus», conclude Della Valle, «il potenziale rappresentato da queste
prospettive è immenso».
*Per saperne di più:*
– Leggi su *The Astrophysical Journal Letters *l’articolo “Unveiling the
central engine of core-collapse supernovae in the Local Universe: NS or BH?
”, di
Maurice H.P.M. van Putten, Maryam A. Abchouyeh e Massimo Della Valle
Cordialmente,
Ufficio Stampa INAF
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