Gw170817: L'alba dell'astronomia multimessaggera

La Prima Vera Osservazione Multimessaggera
Il Giorno in cui l’Universo Parlò in Coro

Il 17 agosto 2017 viene osservato GW170817, segnale gravitazionale prodotto dalla fusione di due stelle di neutroni. Pochi secondi dopo, un lampo di raggi gamma viene rilevato dai satelliti. Ore dopo, telescopi ottici individuano una kilonova nella galassia NGC 4993.

È la nascita ufficiale dell’astronomia multimessaggera.

Per la prima volta osserviamo:

  • Onde gravitazionali (dinamica orbitale)

  • Raggi gamma (getto relativistico)

  • Emissione ottica e infrarossa (nucleosintesi degli elementi pesanti)

  • Radio e X (interazione con il mezzo interstellare)

GW170817 conferma che oro e platino si formano nelle fusioni di stelle di neutroni, misura la velocità delle onde gravitazionali (uguale a quella della luce entro limiti strettissimi) e apre nuove strade per la cosmologia osservativa.

A mio avviso, è uno di quei rari momenti in cui possiamo dire senza retorica: prima e dopo.

La Sequenza Temporale: Un Dramma Cosmico in Tre Atti

17 agosto 2017, 12:41:04 UTC. I due interferometri di LIGO (negli Stati Uniti) e quello di Virgo (in Italia) rilevano un segnale gravitazionale lungo circa 100 secondi, chiamato GW170817. È il "ronzio" finale di due stelle di neutroni che spiraleggiano l'una verso l'altra, fino a fondersi. Il segnale porta l'impronta inconfondibile di oggetti compatti, non buchi neri: la materia estrema lascia una firma nella forma d’onda.

1.7 secondi dopo. Il satellite per raggi gamma Fermi della NASA, e pochi istanti dopo INTEGRAL dell’ESA, catturano un breve lampo di raggi gamma (GRB 170817A). È un segnale debole, atipico, ma straordinariamente vicino nel tempo e nello spazio alla sorgente gravitazionale. La coincidenza temporale e spaziale è il primo, fortissimo indizio che stiamo assistendo allo stesso evento attraverso due messaggeri radicalmente diversi.

11 ore dopo. Una campagna osservativa globale senza precedenti, guidata dalla localizzazione congiunta LIGO-Virgo, punta i telescopi ottici verso una galassia ellittica nella costellazione dell’Idra: NGC 4993. Viene identificata una nuova sorgente luminosa, una kilonova (o macronova), che brilla di una luce intensa e rapidamente evolutiva, per poi spegnersi nell’arco di pochi giorni. È l'"afterglow" della fusione, la firma dell’espulsione di materia ricca di neutroni.

La Sinfonia dei Messaggeri: Cosa Ogni Voce Ci Ha Rivelato

  • Onde Gravitazionali (LIGO/Virgo): La Dinamica della Catastrofe. Dal segnale abbiamo estratto le masse delle due stelle di neutroni (circa 1.4 e 1.3 masse solari), la distanza approssimativa (circa 40 megaparsec, o 130 milioni di anni luce), e informazioni cruciali sulla loro "sofficezza" o rigidità (la deformabilità di marea), che vincola l’equazione di stato della materia ultradensa.

  • Raggi Gamma (Fermi/INTEGRAL): Il Getto Relativistico. Il breve lampo gamma confermò che dalla fusione si era sviluppato un potente getto di materia prossimo alla velocità della luce. Il fatto che fosse debole e "fuori asse" (non puntato direttamente verso di noi) spiegò perché molti GRB corti sembrassero "oscuri" e diede una conferma diretta al modello teorico che li lega alle fusioni di stelle di neutroni.

  • Luce Ottica/Infrarossa (Telescopi Globally): La Fucina degli Elementi. Lo spettro e l'evoluzione della kilonova mostrarono la firma inconfondibile di elementi pesanti prodotti attraverso il processo-r (cattura neutronica rapida). La luce era rossastra e prolungata nell'infrarosso a causa dell’opacità di questi elementi, come l’oro, il platino e l’uranio, fornendo la prima prova osservativa diretta della loro origine cosmica.

  • Emissione Radio e nei Raggi X (VLA, Chandra, ecc.): L'Impatto con l'Ambiente. Settimane dopo, l’emissione radio e in raggi X crebbe di intensità, rivelando l’interazione dell’espulso della kilonova e del getto relativistico con il mezzo interstellare circostante. Questa "eco" ritardata permise di studiare la geometria dell’esplosione e la natura del materiale espulso.

Le Scoperte Fondamentali: Tre Risposte Epocali

  • L’Origine dell’Oro e degli Elementi Pesanti. GW170817 trasformò un’ipotesi teorica in certezza osservativa. Lo spettro della kilonova fu la "pistola fumante" che dimostrò come le fusioni di stelle di neutroni siano fabbriche cosmiche per gli elementi più pesanti del ferro, risolvendo un enigma astrofisico decennale.

  • La Velocità della Gravità è la Velocità della Luce. Il ritardo di 1.7 secondi tra l’arrivo delle onde gravitazionali e quello dei fotoni gamma, su una distanza di 130 milioni di anni luce, permise di vincolare la differenza tra le due velocità con precisione senza precedenti: sono uguali entro 1 parte in 10^15. Una conferma fondamentale della Relatività Generale di Einstein e un colpo a molte teorie alternative.

  • Una Nuova Candela Cosmica: Le "Sirene Standard". La misura indipendente della distanza dalle onde gravitazionali, abbinata al redshift della galassia ospite (NGC 4993), fornì una nuova misura indipendente della Costante di Hubble (H₀), contribuendo a risolvere (o almeno a chiarire) la tensione sulle misure dell’espansione dell’Universo.

Prima e Dopo: Un Confine nella Storia della Scienza

GW170817 non fu solo una scoperta; fu una dimostrazione di metodo che ha ridefinito i confini della scienza osservativa.

  • Prima: L'astrofisica delle alte energie e della gravità lavorava su binari paralleli, spesso speculativi. I modelli erano eleganti ma scarsamente falsificabili. La cosmologia si basava su una scala delle distanze costruita a strati, con incertezze che si propagavano.

  • Dopo: La convergenza osservativa ha imposto un rigore sperimentale senza precedenti. Un modello, per essere credibile, deve ora riprodurre l'intera sinfonia multimessaggera. L'Universo non è più un quadro statico da interpretare, ma un esperimento naturale a cui possiamo assistere da più angolazioni. La cosmologia ha guadagnato uno strumento assoluto di misura.

In questo senso, il "prima e dopo" non è retorica. È un confine storico preciso. Il 17 agosto 2017, abbiamo smesso di essere sordi al tessuto dello spaziotempo e abbiamo iniziato ad ascoltare l’Universo nella sua polifonia completa. Abbiamo iniziato a fare scienza multimessaggera.