Gli astronomi potrebbero avere 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, di solito muoiono in esplosioni catastrofiche note come supernove e i loro nuclei densi collassano per poi 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 spiegato a Space.com l’autore principale dello studio Kailash Sahu, astrofisico presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora. I buchi neri di massa stellare sono fino a poche volte la massa del Sole, al contrario dei buchi neri supermassicci grandi milioni di miliardi di masse solari.
Tutti i buchi neri di massa stellare rilevati fino ad oggi sono presenti in sistemi binari con compagne come le stelle di neutroni, però, la maggior parte dei buchi neri di massa stellare della Via Lattea dovrebbero essere singoli, ha detto Sahu.
Tuttavia, “nessuno è mai stato in grado di trovare un buco nero isolato,” ha dichiarato 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 le loro compagne 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.
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,” ha affermato Sahu. “Hanno masse simili ai buchi neri che si trovano nei sistemi binari. Devono essercene molti là fuori“.
La scoperta chiave riguarda i potenti campi gravitazionali, come quelli appartenenti ai buchi neri, che deformano il tessuto dello spazio e del tempo. 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 ricordato Sahu.
Molti programmi di rilevamento a terra monitorano milioni di stelle ogni notte per rilevare eventi di lente gravitazionale “in cui una stella si illumina e svanisce lentamente nel corso di giorni o mesi,” ha spiegato Sahu. “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 rilevano in genere circa 2.000 eventi di microlensing all’anno. Un piccolo numero di essi dovrebbe essere causato da buchi neri“.
Maggiore è la massa di un oggetto, maggiore sarà la luminosità risultante. 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,” ha sottolineato Sahu. “Quindi usiamo questi due criteri principali: l’evento dovrebbe avere una lunga durata e la lente non dovrebbe emettere luce“.
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,” ha detto Sahu. “Se le osservazioni di Hubble mostrano una grande deviazione ma nessuna luce dalla lente, allora potrebbe trattarsi di un buco nero“.
Combinando le osservazioni di Hubble con i dati dei telescopi terrestri, gli scienziati hanno scoperto un evento di microlensing della durata di 270 giorni, chiamato MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462, che 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,” ha detto Sahu. “È stato immediatamente chiaro che si tratta di un buco nero, non c’era nient’altro che potesse causare le deviazioni che abbiamo misurato“.
I ricercatori hanno stimato che questo buco nero isolato fosse circa 7,1 volte la massa del Sole. Hanno anche scoperto che sta viaggiando a una velocità di circa 162mila km/h. Ciò ha suggerito che questo buco nero potrebbe aver ricevuto una spinta 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.
I risultati sono stati pubblicati il 31 gennaio, in uno studio presentato all’Astrophysical Journal.
