Un enorme oggetto cosmico "si nasconde” in un sistema stellare visibile a occhio nudo.
Questa immagine artistica mostra le orbite degli oggetti cosmici nel sistema triplo HR 6819. Il sistema è costituito da una stella interna (orbita in blu) e da un buco nero (orbita in rosso) appena scoperto nonché da una terza stella dall'orbita più ampia (anche questa in blu).
Durante l’inverno nell’emisfero australe, nella costellazione del Telescopio brilla un punto luminoso blu che, in realtà, è formato da due stelle in orbita stretta, insieme al buco nero più vicino alla Terra mai conosciuto.
Il buco nero appena scoperto si trova a circa 1.011 anni luce dal nostro sistema solare, nel sistema stellare HR 6819. Annunciato su Astronomy & Astrophysics, l’oggetto invisibile è bloccato in un’orbita con due stelle visibili. Si stima che sia quattro volte la massa del sole e circa 2.500 anni luce più vicino del prossimo buco nero.
“È come se fosse nascosto pur essendo in bella vista”, afferma l’astronomo Kareem El-Badry, dottorando presso l’Università della California, a Berkeley, specializzato in sistemi stellari binari, ma che non è stato coinvolto nello studio. “È una stella [sistema stellare] abbastanza brillante da essere studiata fin dagli anni ’80, ma sembra che abbia nascosto delle sorprese”.
HR 6819 è visibile al centro di questa immagine ad ampio campo del cielo creata dalle immagini del Digitized Sky Survey 2. Le due stelle sono così vicine da sembrare una, e il sistema triplo include anche il buco nero più vicino alla Terra mai scoperto.
Su scala umana, mille anni luce sono una distanza immensa. Se un modello della Via Lattea fosse ridimensionato in modo tale che la Terra e il sole fossero alla distanza di un capello, HR 6819 sarebbe a circa sei chilometri. Ma nel grande schema della galassia, che è più di 100.000 anni luce di grandezza, HR 6819 è abbastanza vicino, e suggerisce che la Via Lattea è disseminata di buchi neri.
“Se ne trovi uno [di buchi neri] molto vicino a te [alla Terra], e parti dal presupposto che non sei tu ad essere particolarmente bravo o fortunato, allora ce ne devono essere ovunque, là fuori”, afferma l’autore principale dello studio Thomas Rivinius, astronomo presso l’Osservatorio europeo australe (ESO, European Southern Observatory) in Cile.
I ricercatori hanno da tempo stimato che la Via Lattea conta centinaia di milioni di buchi neri, oggetti estremamente densi, i cui campi gravitazionali sono così intensi che nemmeno la luce riesce a uscire. Ma riuscire a trovare questi oggetti scuri si è rivelato estremamente difficile.
Decine di buchi neri nella galassia sono stati individuati mentre si “alimentavano” di nuvole di gas vicine, un processo che emette raggi X quando il materiale turbina intorno ai bordi del buco nero. Ma la maggioranza dei buchi neri della nostra galassia sono invisibili, quindi l’unico modo per trovarli è osservare l’effetto gravitazionale che hanno sugli oggetti circostanti.
Gli astronomi che studiano HR 6819 non stavano affatto cercando buchi neri. Volevano, invece, saperne di più su un paio di insolite stelle in orbita l’una intorno all’altra. La stella più esterna, conosciuta come stella Be, è molte volte più grande del sole, brucia ad una temperatura più elevata ed è più blu. All’equatore la superficie della stella gira a più di 480 chilometri al secondo, o 200 volte più veloce dell’equatore del sole. “Ruotano così rapidamente che il materiale quasi vola via da solo”, afferma Rivinius.
Nel 2004 una campagna di osservazione di quattro mesi di HR 6819 con il telescopio MPG/ESO da 2,2 metri presso l’osservatorio di La Silla in Cile ha rivelato che il sistema non era una classica coppia binaria di stelle. La “normale” stella interna sembrava in orbita attorno a un altro oggetto ogni 40,3 giorni, mentre la più grande stella Be era in orbita a una distanza molto più lontana, circondando sia la stella interna che il misterioso terzo oggetto.
Cinque anni dopo, Stan Štefl dell’Osservatorio europeo australe fu incaricato di riesaminare le osservazioni, che suggerivano la presenza di buchi neri nascosti all’interno di HR 6819. Ma nel 2014 Štefl morì in un incidente d’auto, il che portò allo stop dei lavori di riesame.
A novembre 2019 Rivinius, esperto di stelle Be e collega di lunga data di Štefl, ebbe un nuovo spunto per riesaminare il sistema HR 6819: un altro gruppo aveva pubblicato uno studio che descriveva in dettaglio un sistema stellare denominato LB-1, con un buco nero circa 70 volte più grande del nostro sole.
Questo studio sollevò subito una grande sorpresa. In base a ciò che i fisici sanno sulla formazione dei buchi neri di massa stellare — derivanti dalla supernova di un’enorme stella — buchi neri di quella massa non dovrebbero essere in grado di formarsi. Quando una stella abbastanza grande da produrre buchi neri di quelle dimensioni muore, esplode in un modo tale che i detriti che ne derivano non possono collassare su se stessi.
Il team di Rivinius notò tuttavia che i dati di LB-1 assomigliavano molto a quello che avevano osservato anni prima in HR 6819. Decisero di individuare il misterioso terzo oggetto del sistema, e basandosi sui calcoli dell’orbita e della luminosità della stella interna, scoprirono che l’oggetto invisibile è almeno 4,2 volte più grande del nostro sole, simile ad altri buchi neri noti della Via Lattea.
Se l’oggetto è pari a circa quattro masse solari, non può essere una normale stella, poiché una stella così grande sarebbe “molto facile da rilevare”, afferma il coautore dello studio Dietrich Baade, scienziato emerito presso l’ESO. È troppo grande anche per essere una stella di neutroni, i densi nuclei stellari creati dall’esplosione di alcune supernova.
Soltanto un tipo di oggetto poteva giustificare quelle dimensioni: un buco nero. Ma tutti gli studi di sistemi come HR 6819, con più oggetti in stretta vicinanza, devono considerare un paio di potenziali fonti di errore, afferma El-Badry. La stella Be esterna e la stella interna di HR 6819 sono troppo vicine tra loro per essere individuate distintamente con un qualsiasi telescopio ottico. Le due stelle possono essere identificate soltanto dai differenti spettri di luce che emettono.
In alcuni casi le stelle più vecchie “spogliate” dell’idrogeno esterno possono imitare l’aspetto di stelle più giovani e più grandi. Se la stella interna di HR 6819 fosse una tale “imitazione”, i ricercatori dovrebbero ricalcolare la massa del presunto buco nero.
Nel lavoro che dà seguito a queste scoperte, i ricercatori guidati dal coautore dello studio Petr Hadrava mirano a “districare” la luce emessa da HR 6819 e decifrare precisamente gli spettri delle due stelle, così da poter fissare le loro identità. El-Badry aggiunge che il telescopio spaziale Gaia dell’Agenzia Spaziale Europea, che sta mappando la Via Lattea con una precisione senza precedenti, potrebbe fornire più dettagli sulle orbite all’interno di HR 6819. E, dato che il sistema è così vicino, gli astronomi potrebbero localizzare con esattezza le due singole stelle usando una tecnica chiamata interferometria, che collega tra loro diversi telescopi, similmente a come è stato fatto per immortalare la sagoma di un buco nero supermassiccio.
“Di solito quando c’è un buco nero con una stella intorno, in realtà non si vede la stella che ruota intorno al buco nero”, afferma la coautrice dello studio Marianne Heida, ricercatrice post dottorato presso l’ESO. “Questa è così vicina, che dovremmo essere in grado di individuarne il movimento... e ciò significa che potremmo farci un’idea più precisa della massa del buco nero, se tutto funziona”.
Nel pianificare le prossime mosse, tuttavia, i ricercatori rendono omaggio a Štefl, primo elemento trainante della ricerca sul buco nero. “Stan era molto cauto” afferma Rivinius con un sorriso. “Probabilmente adesso mi guarderebbe e mi direbbe qualcosa del tipo: ne sei davvero sicuro?”
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