Un buco nero dormiente nella Grande Nube di Magellano

L’oggetto può essersi formato per collasso diretto di una stella massiccia

Rappresentazione artistica di come potrebbe apparire il sistema binario VFTS 243 che si trova nella Nebulosa Tarantola nella Grande Nube di Magellano. La coppia è formata da una calda stella blu con 25 masse solari e un buco nero di almeno nove. (ESO/L. Calçada)

Può sembrare strano, ma i buchi neri di taglia stellare sono davvero difficili da scovare. A differenza dei buchi neri supermassicci che risiedono al centro delle galassie, quelli di massa stellare dovrebbero essere ovunque. Solo il Gruppo Locale ne dovrebbe ospitare miliardi, ma ne conosciamo appena alcuni grazie all’emissione X prodotta dal materiale in caduta su di essi, sottratto a una stella compagna.

Rappresentazione classica di un sistema binario formato da una stella e un buco nero di massa stellare che sottrae materia alla compagna. Tali oggetti sono rilevabili per l’intensa emissione X che si genera nel disco di accrescimento. Il caso specifico è quello di un microquasar. (ESO)

Non è nota con precisione la sequenza di eventi che porta alla loro formazione. Sappiamo che a produrli dovrebbero essere stelle di almeno 15 masse solari, giunte al termine della loro evoluzione. Le maggiori candidiate sono le supergiganti rosse (come Betelgeuse o Antares) che, dopo aver voracemente consumato il loro combustibile nucleare, giunte in procinto di passare alla fusione del ferro, collassano. A questo punto la stella dovrebbe esplodere come una potente supernova.

Un collasso diretto?

Usiamo il condizionale perché alcune osservazioni sembrano invece indicare che tali stelle collassino direttamente in un buco nero stellare, senza produrre alcuna esplosione rilevabile. A differenza delle stelle tra 8 e circa 15 masse solari, che esplodono come supernove creando stelle di neutroni, quelle di grande massa potrebbero semplicemente sparire senza lasciare alcuna traccia visibile.

L’ipotesi è che abbiano formato direttamente un buco nero che non emetta radiazione perché non ha materia per alimentarsi. Questo spiegherebbe la mancata rilevazione di un gran numero di tali residui stellari. I buchi neri dormienti sono particolarmente difficili da individuare poiché non interagiscono molto con l’ambiente circostante.

L’ambiente più promettente dove cercarli sono quindi i sistemi binari. Gli effetti possono essere notati nel moto della stella compagna oppure nell’emissione X prodotta nei dischi di accrescimento formati dal materiale risucchiato da una compagna vicina.

Tanti candidati con poche conferme

Negli anni è stato proposto un gran numero di candidati buchi neri stellari, ma altrettanti sono stati sconfessati da un gruppo di specialisti che si sono guadagnati il titolo di “polizia dei buchi neri”. Stavolta è lo stesso gruppo che anziché rigettare un nuovo candidato, ne conferma la natura.

Abbiamo identificato un ago nel pagliaio” afferma il primo autore dello studio pubblicato su Nature Astronomy, Tomer Shenar. “Per la prima volta, il nostro team si è riunito per riferire sulla scoperta di un buco nero, invece di rifiutarne uno“. “Come ricercatore che ha smascherato potenziali buchi neri negli ultimi anni, era molto scettico riguardo a questa scoperta“, continua Shenar.

La ricca regione di cielo intorno alla Nebulosa Tarantola nella Grande Nube di Magellano. (VISTA/ESO)

VFTS 243 è un binario che emette debole radiazione X trovato nella Grande Nube di Magellano. Le osservazioni hanno misurato un periodo orbitale di 10,4 giorni intorno ad una stella di classe spettrale O di ben 25 masse solari. La massa stimata dell’oggetto invisibile è di almeno 9 masse solari, quindi ben sopra la massa minima di un buco nero.

Il più convincente

Secondo gli autori VFTS 243 è il candidato più convincente sinora identificato tra i buchi neri di massa stellare “silenziosi” fuori dalla Via Lattea. La scoperta è stata fatta grazie a sei anni di osservazioni ottenute con lo strumento Fiber Large Array Multi Element Spectrograph (FLAMES) applicato al Very Large Telescope (VLT) dell’European Southern Observatory (ESO). FLAMES consente di osservare più di cento oggetti simultaneamente, quindi con grande efficienza rispetto all’osservazione singola.

Per trovare VFTS 243, la collaborazione ha indagato quasi 1.000 stelle massicce nella regione della Nebulosa Tarantola della Grande Nube di Magellano, cercando quelle che potrebbero avere buchi neri come compagni. Identificare questi compagni come buchi neri è veramente difficile, poiché esistono molte possibilità alternative.

Formatosi senza un’esplosione

L’orbita (quasi) circolare e la cinematica di VFTS 243 implicano che il collasso del progenitore in un buco nero era associato a scarso o nessun materiale espulso. In altri termini, la stella che ha dato origine al buco nero è scomparsa senza alcun segno di una potente esplosione nell’ambiente circostante.

La stella che ha formato il buco nero in VFTS 243 sembra essere completamente collassata, senza alcun segno di una precedente esplosione“, specifica Shenar. “Recentemente sono emerse prove di questo scenario di ‘collasso diretto’, ma il nostro studio fornisce probabilmente una delle indicazioni più dirette. Ciò ha enormi implicazioni per l’origine delle fusioni di buchi neri nel cosmo“.

L’identificazione di tali binari unici ha un impatto sostanziale sui tassi previsti di rilevamento delle onde gravitazionali e sulle proprietà delle supernove da collasso del nucleo nel cosmo.

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Informazioni su Giuseppe Donatiello 274 Articoli
Nato nel 1967, astrofilo da sempre. Interessato a tutti gli aspetti dell'astronomia, ha maturato una predilezione per il deep-sky, in particolare verso i temi riguardanti il Gruppo Locale e l'Universo Locale. Partecipa a programmi Pro-Am nello studio dei flussi stellari in galassie simili alla Via Lattea mediante tecniche di deep-imaging. Ha scoperto sei galassie nane vicine: Donatiello I (2016), Donatiello II, III e IV nel sistema di NGC 253 (2020), Pisces VII (2020) e Pegasus V (2021) nel sistema di M31. Astrofotografo e autore di centinaia di articoli, alcuni con revisione paritaria.