Onde gravitazionali e fusione di stelle di neutroni: nascita

dell'astronomia multi-messaggero

Cristiano GuidorziFerrara, Corso Eccellenza, 24/01/2018

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Cosa è successo il 17 agosto 2017?

Come studiavamo l'Universo fino a poco

tempo prima?

Il messaggero dell’universo: la radiazione elettromagnetica

Galassia Sombrero

Raggi X

Ottico

Infrarosso

Chandra X-ray Observatory

Swift

INTEGRALFermi

Il cielo in raggi X

Come si sono formati gli elementi chimici presenti

nel Sistema Solare?

E quelli pesanti, ad es. argento, oro, platino?

Figli delle stelle (massicce)

I diversi tipi di stelle visibili

Jan 24, 2018 Ferrara, Corso Eccellenza 12

L’IMPLOSIONE DEL NUCLEO STELLARE ALIMENTA LA SN

Esplosione di una SUPERNOVA (SN)

Stella massiccia pronta a esplodere come una core-collapse supernova

83%

Jan 24, 2018 Ferrara, Corso Eccellenza 14

Le supernovae creano diversi elementi… ma quelli pesanti?

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Le supernovae creano diversi elementi… ma quelli pesanti?

Sistemi binari di NS: in miliardi di anni si avvicinano per poi fondersi!

Jan 24, 2018 Ferrara, Corso Eccellenza 18

Neutron star (r~10 km)

Abbondanze elementi nel Sistema Solare

Meteoriti condritiche

Elementi nel Sole

Scala logaritmica!

Processi s ed r

La teoria della relatività generale: molte conferme finora, ma….

le onde gravitazionali?

Relatività generale

Geometria spazio-tempo

Massa+energia

Navigatori satellitari e

relatività generale

Onde gravitazionali

„...il campo gravitazionale invariabilmente si propaga con la

velocità della luce“

Sistemi binari di NS: in miliardi di anni si avvicinano per poi fondersi!

Energia gravitazionale persa dalle stelle sottoforma di onde gravitazionali

Prima prova indiretta delle onde gravitazionali: la pulsar doppia PSR B1913+16

Nobel Fisica 1993: Hulse & Taylor

• Periodo orbitale ~ 8 ore• Velocita di avvicinamento: 3 mm/orbita

Interferometri gravitazionali: come funzionano?

GW 150914: fusione di coppia di buchi neri

Nobel Fisica 2017: LIGO&Virgo collaboration

Dal 9/2015 siamo entrati in una nuova era per l'esplorazione dell'Universo attraverso un canale nuovo e alternativo

Ma mancava ancora qualcosa...

...fino a un fatidico giorno d'estate, quando qualcosa di storico accade.

(Collaborazione LIGO e Virgo)

Un lampo di raggi gamma breve simultaneo a un'onda gravitazionale

In tutto il mondo si scatena la caccia alla possibile controparte elettromagnetica

(Collaborazione LIGO e Virgo)

la prima immagine in luce visibile a 10 ore dalla fusione delle stelle di neutroni

(Coulter+17, Science)

NGC 4993: 130 milioni di anni-luce (~40 Mpc) da noi

E dopo 2 settimane: raggi X e onde radiora

ggi X

radi

o

Pioggia di scoperte

indipendenti nelle ore/giorni successivi

(Collaborazione LiGO e Virgo)

Raggi X e gamma

Onde gravitazionali

Luce visibile e infrarossa

Onde radio Onde elettromagnetiche

Binary Neutron Star Merger GW170817

Chi erano?

Come si erano formate?

(~10 miliardi di anni fa)

Nate come coppia di stelle massicce

(con masse tra circa 8 e circa 25 masse solari)

Formazione di sistema binario di stelle di neutroni

Qui comincia la nostra storia

Fast

!sl

ow !

Un lampo di raggi gamma mooooolto debole

Visibile fino a soli 80 Mpc (=il doppio della distanza reale)(equivalente al nostro cortile di casa in senso cosmologico...)

Liso = (1.2 ± 0.6)x1047 erg/s

Getto relativistico che spazza il mezzo interstellare circostante

Ricapitolando...

Un nuovo (indipendente) regolo cosmico!

Fisica nucleareAstrofisica

CosmologiaFisica fondamentale:Relatività generale

GW 170817

Siamo solo polvere delle stelle esplose come supernovae…

…o anche polvere di stelle di neutroni che si

sono fuse?

Future osservazioni di onde gravitazionali