Secondo un nuovo studio presentato all’Astrophysical Journal, gli astronomi potrebbero aver rilevato e misurato per la prima volta la massa di un buco nero isolato di massa stellare.
Precedenti ricerche hanno suggerito che quando le stelle giganti raggiungono la fine della loro vita con una massa superiore a 20 volte quella originaria, di solito muoiono in esplosioni catastrofiche note come supernove e ci si aspetta pertanto che i loro nuclei densi collassino per diventare buchi neri.
Si stima che stelle abbastanza grandi da creare buchi neri costituiscano circa una stella su mille, suggerendo che nella Via Lattea
“dovrebbero esserci circa 100 milioni di buchi neri di massa stellare”
ha affermato l’autore principale dello studio Kailash Sahu, astrofisico di lo Space Telescope Science Institute di Baltimora, ricordando inoltre che i buchi neri di massa stellare sono fino a poche volte la massa del sole, al contrario dei buchi neri supermassicci di milioni di miliardi di masse solari.
Finora, tutti i buchi neri di massa stellare rilevati fino ad oggi sono esistiti in sistemi binari con partner come le stelle di neutroni, mentre invece nella maggior parte dei casi di buchi neri di massa stellare della Via Lattea, dovrebbero essere elementi singoli, ha detto Sahu, ed ecco anche una delle ragioni dell’unicità di questo buco nero isolato.
Tuttavia, “nessuno è mai stato in grado di trovare un buco nero isolato“, ha detto Sahu.
Come suggerisce il nome, i buchi neri assorbono tutta la luce che cade al loro interno, rendendoli difficili da rilevare contro l’oscurità dello spazio. I buchi neri sono più facili da rilevare nei sistemi binari perché le loro interazioni con i loro partner possono generare luce o onde gravitazionali le cui proprietà segnalano la presenza di un buco nero. Al contrario, i buchi neri isolati mancano di tali partner per rivelare la loro esistenza.
La scoperta di questo buco nero isolato
Ora, con l’aiuto del telescopio spaziale Hubble della NASA, gli scienziati hanno scoperto un buco nero isolato di massa stellare a circa 5.150 anni luce dalla Terra, in direzione del rigonfiamento al centro della Via Lattea.
“Ora sappiamo che esistono buchi neri isolati ed hanno masse simili ai buchi neri che si trovano nei binari. E devono essercene molti là fuori.”
ha detto Sahu.
La chiave dietro questa scoperta è come potenti campi gravitazionali –come quelli appartenenti ai buchi neri– deformano il tessuto dello spazio e del tempo, ed in quanto tali, possono agire come lenti d’ingrandimento, un fenomeno noto come “lenti gravitazionali”.
“Se si può rilevare e misurare la curvatura della luce causata da questi enormi oggetti, è possibile rilevarli e misurarne le masse”
ha detto Sahu.
Un certo numero di programmi di rilevamento a terra monitorano milioni di stelle ogni notte per rilevare eventi di lente gravitazionale “in cui una stella si illumina lentamente e svanisce nel corso di giorni o mesi.
“Questo fenomeno di microlensing è causato da un oggetto intermedio, che può essere una stella o una nana bianca o una stella di neutroni o un buco nero o così via.
I programmi di indagine rilevano in genere circa 2.000 eventi di microlensing all’anno. Un piccolo numero di essi sono dovrebbe essere causato da buchi neri.”
ha detto Sahu.
Maggiore è la massa di un oggetto con lente gravitazionale, maggiore sarà la luminosità risultante, e poiché ci si aspetta che un buco nero sia massiccio, il suo evento di microlensing dovrebbe avere una lunga durata.
“Inoltre, un buco nero dovrebbe essere scuro, quindi usiamo questi due come criteri principali: l’evento dovrebbe avere una lunga durata e l’obiettivo non dovrebbe emettere luce”.
ha spiegato Sahu.
Tuttavia le stelle di piccola massa che si muovono lentamente nel cielo possono anche apparire relativamente scure e generare eventi di lente gravitazionale di lunga durata.
Un modo per distinguere un buco nero isolato da una stella di piccola massa è il fatto che un buco nero devierà la luce dalle stelle sullo sfondo abbastanza da poter essere misurata con Hubble, e se le osservazioni fatte con quest’ultimo mostrano una grande deviazione ma nessuna luce dall’obiettivo, allora potrebbe essere un buco nero.
Combinando le osservazioni di Hubble con i dati del telescopio terrestre, gli scienziati hanno scoperto un evento di microlensing della durata di 270 giorni, chiamato MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462, che secondo loro probabilmente proveniva da un buco nero isolato.
“Ci sono voluti due anni di pianificazione seguiti da sei anni di osservazione con Hubble, ma è stato molto soddisfacente vedere gli incredibili risultati. È stato immediatamente chiaro come la luce del giorno che si trattava di un buco nero, non c’era nient’altro che potesse causare le deviazioni che abbiamo misurato.”
ha detto Sahu.
I ricercatori hanno stimato che questo buco nero isolato fosse circa 7,1 volte la massa del sole, ed hanno anche scoperto che questo buco nero sta viaggiando a una velocità di circa 162.000 km/h (100.000 mph), ciò ha suggerito che questo buco nero potrebbe aver ricevuto un calcio dall’esplosione della supernova che lo ha generato.
Futuri osservatori come il Nancy Grace Roman Space Telescope e l’Osservatorio Vera C. Rubin in Cile potrebbero “aiutare enormemente” a scoprire buchi neri di massa stellare più isolati, ha affermato Sahu.
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