16/04/2024
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Analizzando la ricchezza di dati della missione Gaia dell'Agenzia spaziale europea, gli scienziati hanno scoperto il “gigante dormiente”. Un enorme buco nero, quasi 33 volte la massa del Sole, si nascondeva nella costellazione dell'Avvoltoio, a meno di 2.000 anni luce dalla Terra. Questa è la prima volta che un buco nero di origine stellare di queste dimensioni viene osservato all'interno della Via Lattea. Finora buchi neri di questo tipo sono stati osservati solo in galassie molto distanti. Questa scoperta mette alla prova la nostra comprensione di come si formano ed evolvono le stelle massicce.
Buchi neri di Gaia
La materia in un buco nero è così densa che nulla può sfuggire alla sua immensa gravità, nemmeno la luce. La stragrande maggioranza dei buchi neri di massa stellare che conosciamo divorano materia da una stella compagna vicina. Il materiale catturato cade ad alta velocità sull'oggetto che collassa, diventa estremamente caldo ed emette raggi X. Questi sistemi appartengono a una famiglia di oggetti celesti chiamati binarie a raggi X.
Quando un buco nero non ha un compagno abbastanza vicino da rubargli la materia, non genera luce ed è estremamente difficile da rilevare. Questi buchi neri sono chiamati buchi neri “inerti”.
Per prepararsi al prossimo rilascio del catalogo di Gaia, Data Release 4 (DR4), gli scienziati stanno esaminando i movimenti di miliardi di stelle ed eseguendo test complessi per vedere se c'è qualcosa fuori dall'ordinario. I movimenti delle stelle possono essere influenzati dai compagni: stelle luminose, come gli esopianeti; Più pesante come le stelle. O molto pesanti, come i buchi neri. Ci sono team dedicati nella Collaborazione Gaia per indagare su eventuali casi “strani”.
Uno di questi team è stato profondamente coinvolto in questo lavoro, quando si sono imbattuti in un’antica stella gigante nella costellazione di Orione, a 1.926 anni luce dalla Terra. Attraverso un'analisi dettagliata delle fluttuazioni nel percorso della stella, hanno trovato una grande sorpresa. La stella era intrappolata nel movimento orbitale con un buco nero inerte di massa eccezionalmente elevata, circa 33 volte la massa del Sole.
Questo è il terzo buco nero dormiente trovato con Gaia, ed è stato chiamato “Gaia BH3”. La sua scoperta è molto emozionante a causa della massa dell'oggetto. “Questo è il tipo di scoperta che si fa una volta nella vita di ricerca”, afferma Pasquale Panozzo del Centre National de la Recherche Scientifique, Osservatorio di Parigi, in Francia, che è l'autore principale di questo risultato. “Fino ad ora, buchi neri di queste dimensioni sono stati scoperti solo in galassie distanti attraverso la collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA, grazie alle osservazioni delle onde gravitazionali”.
La massa media dei buchi neri di origine stellare conosciuti nella nostra Galassia è circa 10 volte la massa del nostro Sole. Finora il record di peso era detenuto da un buco nero nella binaria a raggi X nella costellazione del Cigno (Cyg X-1), che ha una massa stimata pari a circa 20 volte quella del Sole.
“È impressionante vedere l'impatto trasformativo che Gaia sta avendo sull'astronomia e sull'astrofisica”, afferma la professoressa Carol Mundell, direttrice scientifica dell'ESA. “Le sue scoperte vanno ben oltre l’obiettivo originale della missione, che era quello di creare una mappa multidimensionale estremamente accurata di oltre un miliardo di stelle in tutta la Via Lattea”.
Precisione senza pari
La straordinaria qualità dei dati di Gaia ha consentito agli scienziati di determinare la massa del buco nero con una precisione senza precedenti e di fornire la prova più diretta dell’esistenza dei buchi neri in questo intervallo di massa.
Gli astronomi devono affrontare la questione urgente di spiegare l’origine dei grandi buchi neri come Gaia BH3. La nostra attuale comprensione di come le stelle massicce si evolvono e muoiono non spiega immediatamente come siano comparsi questi tipi di buchi neri.
La maggior parte delle teorie prevede che, man mano che le stelle massicce invecchiano, perdono gran parte della loro materia a causa dei forti venti; Alla fine, vengono parzialmente espulsi nello spazio quando esplodono come supernove. Ciò che resta del suo nucleo si restringe in una stella di neutroni o in un buco nero, a seconda della sua massa. Nuclei abbastanza grandi da diventare buchi neri 30 volte la massa del nostro Sole sono molto difficili da spiegare.
Tuttavia, la chiave per risolvere questo mistero potrebbe trovarsi molto vicino a Gaia BH3.
Compagno interessante
La stella che orbita attorno a Gaia BH3 a circa 16 volte la distanza tra il Sole e la Terra è abbastanza rara: un'antica stella gigante, formatasi nei primi due miliardi di anni dopo il Big Bang, nel periodo in cui la nostra galassia iniziò a riunirsi. Appartiene alla famiglia delle stelle dell'alone galattico e si muove in direzione opposta alle stelle del disco galattico. Il suo percorso suggerisce che questa stella potrebbe aver fatto parte di una piccola galassia, o ammasso globulare, che ha attraversato la nostra galassia più di otto miliardi di anni fa.
La stella compagna contiene pochissimi elementi più pesanti di idrogeno ed elio, suggerendo che anche la stella massiccia che divenne Gaia BH3 potrebbe essere molto povera di elementi pesanti. Questo è meraviglioso. Supporta, per la prima volta, la teoria secondo cui i buchi neri di massa elevata osservati attraverso esperimenti sulle onde gravitazionali sono il risultato del collasso di stelle primordiali massicce e povere di elementi pesanti. Queste prime stelle potrebbero essersi evolute in modo diverso dalle stelle massicce che vediamo attualmente nella nostra galassia.
La formazione di stelle compagne potrebbe anche far luce sul meccanismo di formazione di questo straordinario sistema binario. “Ciò che mi stupisce è che la composizione chimica della compagna è simile a quella che troviamo nelle antiche stelle povere di metalli della Galassia”, spiega Elisabetta Cavao del CNRS, Osservatorio di Parigi, anche lei membro della collaborazione Gaia.
“Non ci sono prove che questa stella sia stata contaminata dal materiale espulso dall’esplosione della supernova della stella massiccia che divenne BH3”. Ciò potrebbe indicare che il buco nero ha acquisito il suo compagno solo dopo la sua nascita, poiché lo ha acquisito da un altro sistema.
Antipasti deliziosi
La scoperta di Gaia BH3 è solo l’inizio e resta ancora molto da indagare sulla sua natura sconcertante. Ora che gli scienziati sono rimasti incuriositi, questo buco nero e i suoi compagni saranno senza dubbio oggetto di molti studi approfonditi a venire.
Il team Gaia si è imbattuto in questo “gigante dormiente” mentre esaminava i dati grezzi in preparazione alla quarta edizione del catalogo Gaia. Poiché il risultato è così eccezionale, hanno deciso di annunciarlo prima del rilascio ufficiale.
La prossima pubblicazione dei dati di Gaia promette di essere una miniera d’oro per lo studio dei sistemi binari e la scoperta di altri buchi neri dormienti nella nostra galassia. «Abbiamo lavorato molto duramente per migliorare il modo in cui elaboriamo set di dati specifici rispetto al precedente rilascio di dati (DR3), quindi ci aspettiamo di scoprire più buchi neri in DR4», conclude Perry Hall dell’Università di Ginevra in Svizzera. Membro della Collaborazione Gaia.
Note agli editori
“Un buco nero dormiente con una massa di 33 masse solari è stato scoperto nella misurazione astronomica pre-release di Gaia” della Collaborazione Gaia, P. Panuzzo, et al è pubblicato oggi sulla rivista Astronomia e astrofisica (AA).
Gaia è una missione europea, costruita e gestita dall'Agenzia spaziale europea. È stato approvato nel 2000 come missione centrale dell'ESA all'interno del programma scientifico Horizon 2000 Plus dell'ESA, con il sostegno di tutti gli Stati membri dell'ESA. Gli Stati membri svolgono un ruolo chiave anche nella parte scientifica della missione nell'ambito del Data Processing and Analysis Consortium (DPAC) responsabile della trasformazione dei dati grezzi Nei prodotti scientifici rilasciati i dati di Gaia, in collaborazione con l'Agenzia spaziale europea. Il DPAC riunisce più di 450 specialisti provenienti da tutta la comunità scientifica europea. Gaia è stata progettata e costruita da Astrium (ora nota come Airbus Defence and Space), con un team principale composto da Astrium Francia, Germania e Regno Unito. Il team industriale comprendeva 50 aziende provenienti da 15 paesi europei, oltre ad aziende degli Stati Uniti. La navicella spaziale è stata lanciata da Arianespace il 19 dicembre 2013.
