Un metodo utilizzato spesso dagli astronomi per individuare i buchi neri è lo studio dell’emissione luminosa della materia che cade nel buco nero (Credits: stardate)
 Scoperto in un ammasso globulare ai margini della Via Lattea, ci aiuterà a far luce sulla popolazione di buchi neri nelle galassie e sul loro ruolo di sorgenti di onde gravitazionali

di MASSIMILIANO RAZZANO

 

Il mostro fra le stelle. Identificato nella Via Lattea il primo buco nero "solitario"

Un team di astronomi ha scoperto per la prima volta un buco nero solitario nell’ammasso globulare NGC 3201sfruttando l’attrazione gravitazionale esercitata sull’ambiente circostante. E’ la prima volta che viene “catturato” in questo modo un buco nero di taglia stellare. Solitamente infatti i buchi neri vengono identificati grazie all’emissione di luce prodotta dalla materia che viene inghiottita. L’immagine è una rappresentazione artistica del buco nero in NCG 3201 (Credits: ESO/L. Calçada)

Una stella sorprendente
La scoperta è avvenuta nel corso di uno studio sistematico di un campione di ammassi globulari condotta con lo strumento Multi Unit Spectroscopic Explorer(MUSE) installato a uno dei quattro giganteschi telescopi del Very Large Telescope sulle Ande cilene. Gli ammassi globulari si trovano al bordo della Galassia e possono ospitare centinaia di migliaia di stelle in regioni relativamente piccole, di alcune decine o centinaia di anni luce. Questi ammassi sono molto interessanti per gli astronomi, perché al loro interno si trovano stelle molto anziane, che risalgono a epoche in cui la Via Lattea era molto giovane, e sono quindi molto utili per capire la nascita e l’evoluzione della Galassia. In particolare, studiando l’ammasso NGC 3201, a circa 15 mila anni luce da noi nella costellazione australe delle Vele, il gruppo di astronomi ha notato una stella con un movimento molto strano, che la porta a muoversi avanti e indietro a  velocità di centinaia di migliaia di chilometri all’ora, in un modo che si ripete ogni 167 giorni. “Orbitava intorno a qualcosa di completamente invisibile, che aveva la massa più di quattro volte quella del Sole, poteva solo essere un buco nero!” ha commentato Benjamin Giesersdell’Università Georg-August di Gottinga, che ha coordinato lo studio, “Il primo ad essere trovato in un ammasso globulare direttamente osservando la sua attrazione gravitazionale”. Grazie a MUSE gli astronomi hanno tracciato con cura il moto stellare e hanno utilizzato le leggi della gravità per ricavare la massa della stella, pari all’80% della massa del Sole, ma anche per “pesare” il buco nero, che è risultato essere 4,36 masse solari. Gli autori sottolineano che questa è l’interpretazione più plausibile, anche se non si può escludere un sistema triplo formato dalla stella e da due stelle di neutroni in orbita molto stretta , una spiegazione ritenuta meno plausibile anche perché un sistema simile non è stato mai osservato.

Il mostro fra le stelle. Identificato nella Via Lattea il primo buco nero "solitario"

L’ammasso NGC 3201 ripreso dal telescopio spaziale Hubble. Il cerchio blu indica la posizione del buco nero appena scoperto (Credits: ESA/NASA)

I buchi neri devono il loro nome al loro intenso campo gravitazionale a cui nulla sfugge, nemmeno la luce. Dal momento che non emettono luce, il modo principale per “vederli” è sempre stato studiare la loro azione sull’ambiente circostante. Può ad esempio capitare che un buco nero sia circondato da un disco di gas e polveri che vengono lentamente inghiottite. Man mano che la materia viene catturata dal buco nero, gli attriti interni la riscaldano a temperature così alte che diventa luminosa. Osservare quindi l’emissione, ad esempio di raggi X, di un disco di accrescimento, è un segnale della presenza di un buco nero. Un altro modo è studiare il moto delle stelle più lontane dai buchi neri, che non vengono inghiottite ma che risentono della presenza di questi mostri. Ad esempio in questo modo sappiamo che al centro della Via Lattea di trova un buco nero supermassivo da circa 4 milioni di masse solari. Ma il buco nero scoperto in NGC 3201 non è circondato da materia che possa venire inghiottita, riscaldarsi ed emettere luce, e quindi questa esistenza “solitaria” lo rende praticamente invisibile.

Il mostro fra le stelle. Identificato nella Via Lattea il primo buco nero "solitario"

Panorama del cielo intorno all’ammasso NGC 3201 nella costellazione delle Vele (Credits: Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin)

Relazioni misteriose
Il risultato ottenuto da Giesers e colleghi è infatti  di grande interesse, perché è la prima volta che si riesce a “catturare” un buco nero isolato in un ammasso globulare, e la prima volta che lo si riesce a fare sfruttando solamente la sua attrazione gravitazionale. Questo buco nero potrebbe aiutarci a capire la relazione che esiste fra questi oggetti e gli ammassi globulari,  che finora è rimasta in parte misteriosa. Ci si aspetta infatti che, a causa della loro età e della grande quantità di stelle, gli ammassi globulari abbiano prodotto nel tempo moltissimi buchi neri di taglia stellare in seguito alla naturale evoluzione delle stelle di grande massa presenti. Le osservazioni infatti indicano che questi buchi neri relativamente piccoli negli ammassi globulari dovrebbero essere molto più comuni rispetto a quanto creduto finora. “Fino a poco tempo si supponeva che quasi tutti i buchi neri sarebbero scomparsi dopo breve tempo dagli ammassi globulari e che sistemi come questi non potessero neppure esistere! Ma chiaramente non è così – la nostra scoperta è la prima evidenza diretta dell’effetto gravitazionale di un buco nero di massa stellare in un ammasso globulare”, ha aggiunto Giesers. Capire come i buchi neri nascono e si evolvono negli ammassi globulari è fondamentale anche per capire le sorgenti di onde gravitazionali, come quelle scoperte dai rivelatori LIGO nel settembre del 2015 e successivamente. Nella maggior parte dei casi, gli eventi osservati finora sono dovuti allo scontro di due buchi neri in lontane galassie, e gli astronomi ipotizzano che abbiano avuto luogo proprio all’interno di ammassi globulari. La scoperta di questo nuovo buco nero solitario potrebbe aiutarci a capire se è davvero andata così.

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