Un misterioso buco nero stellare è stato finalmente individuato all’interno di Omega Centauri, uno dei più grandi e affascinanti ammassi globulari conosciuti nella Via Lattea. La scoperta, ottenuta combinando oltre vent’anni di dati d’archivio del telescopio spaziale NASA/ESA Hubble con le più recenti osservazioni del telescopio spaziale NASA/ESA/CSA James Webb, rappresenta un passo fondamentale per comprendere perché una popolazione di migliaia di buchi neri prevista dalle teorie sia rimasta finora quasi completamente nascosta. Il nuovo oggetto, chiamato oMEGACat BH-2, è il primo buco nero di massa stellare confermato all’interno di Omega Centauri. La sua individuazione è stata possibile grazie a un metodo diverso rispetto alle ricerche precedenti: l’astrometria, una tecnica che misura con estrema precisione i piccoli movimenti delle stelle nel corso del tempo. La scoperta è stata pubblicata sulla rivista scientifica The Astrophysical Journal Letters e offre nuovi dati per affinare le teorie sulla formazione dei buchi neri negli ambienti stellari più antichi e complessi dell’universo.
Omega Centauri e il mistero dei migliaia di buchi neri mancanti
Omega Centauri è un enorme ammasso stellare composto da circa 10 milioni di stelle legate gravitazionalmente tra loro. Per decenni gli astronomi hanno cercato di capire dove fossero finiti i numerosi buchi neri stellari che, secondo i modelli teorici, dovrebbero popolare una struttura di queste dimensioni.vLe simulazioni indicano infatti che l’ammasso potrebbe contenere circa 10.000 buchi neri di massa stellare, nati dal collasso di stelle molto massicce esplose come supernove. Tuttavia, queste popolazioni previste si sono dimostrate estremamente difficili da osservare. Le precedenti ricerche avevano utilizzato soprattutto il metodo della velocità radiale, che analizza gli spostamenti nella luce delle stelle dovuti al loro movimento, oppure avevano cercato segnali prodotti dal materiale che cade nei buchi neri, attraverso emissioni radio e raggi X. Questi tentativi, però, non avevano portato a una conferma definitiva della presenza di un buco nero stellare nell’ammasso. La nuova indagine ha seguito una strada differente, concentrandosi sui movimenti apparentemente impercettibili delle stelle causati dalla presenza di un oggetto invisibile ma estremamente massiccio.
Un’orbita rivelatrice: la stella che ha svelato il buco nero nascosto
Il team guidato da Matthew Whitaker dell’Università dello Utah, negli Stati Uniti, ha analizzato più di 20 anni di osservazioni d’archivio di Hubble, estendendo le misurazioni astrometriche dal 2002 al 2023. I ricercatori hanno poi integrato i dati con le osservazioni nella banda del vicino infrarosso del telescopio James Webb, migliorando ulteriormente la precisione dei calcoli. Gli astronomi hanno individuato una stella visibile che orbita attorno a un oggetto invisibile. La massa di questo compagno oscuro era troppo elevata per poter essere spiegata con la presenza di una stella normale o di una stella di neutroni, lasciando come unica spiegazione possibile un buco nero. Il sistema binario, situato a circa 18.000 anni luce dalla Terra, contiene una stella della sequenza principale e il buco nero oMEGACat BH-2. La coppia presenta inoltre una caratteristica eccezionale: possiede il periodo orbitale più lungo mai osservato per un sistema binario composto da un buco nero e una stella compagna. “Con i dati di Hubble e Webb, siamo stati in grado di osservare il movimento della stella visibile della sequenza principale che fa parte di questo sistema binario, che si trova a circa 18.000 anni luce di distanza, nell’ambiente denso di Omega Centauri. La precisione di queste misurazioni è incredibile, fino a una frazione di pixel sui rivelatori di Hubble e Webb. Non sarebbe stato possibile trovare questo buco nero senza questi due telescopi spaziali”, ha dichiarato Matthew Whitaker.
Un buco nero più piccolo del previsto che mette alla prova le teorie attuali
La scoperta di oMEGACat BH-2 ha riservato una sorpresa agli scienziati. Il buco nero possiede infatti una massa stimata di 4,46 masse solari, mentre la stella che lo accompagna ha una massa pari a circa 0,78 masse solari. Questo valore è sufficiente per escludere l’ipotesi precedente secondo cui l’oggetto oscuro potesse essere una stella di neutroni, ma allo stesso tempo risulta inferiore rispetto alle aspettative per un ambiente povero di metalli come quello di Omega Centauri. La composizione chimica delle stelle, in particolare la quantità di elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio, influenza infatti il modo in cui una stella evolve e la massa finale del residuo che lascia dopo la morte. Secondo i modelli attuali, un ambiente con bassa presenza di metalli dovrebbe favorire la formazione di buchi neri più massicci. La massa relativamente ridotta di questo nuovo buco nero apre quindi nuove domande sulla nascita di questi oggetti estremi.
“Sebbene sapessimo già che la stella aveva una massa di 0,78 masse solari, ora possiamo calcolare la massa della compagna oscura, che è di 4,46 masse solari e quindi troppo elevata per essere una stella di neutroni. Tuttavia, la sua massa è in realtà molto inferiore rispetto a quanto ci si aspetterebbe in un ambiente povero di metalli come Omega Centauri. Questo è sorprendente ed entusiasmante. Ora sappiamo che una stella povera di metalli può formare un buco nero come questo e dobbiamo capire come ciò avvenga. Questa rilevazione sta fornendo dati a coloro che sviluppano questo tipo di modelli”, ha spiegato Anil Seth dell’Università dello Utah, coautore dello studio.
Hubble e Webb aprono una nuova strada nello studio dei buchi neri
La conferma del primo buco nero stellare di Omega Centauri dimostra il potenziale dell’astrometria di precisione nello studio di oggetti che non emettono luce e che quindi sfuggono ai metodi osservativi tradizionali. Mentre molti buchi neri vengono individuati grazie al gas che cade al loro interno e produce intense emissioni energetiche, altri rimangono completamente invisibili. In questi casi, il loro effetto gravitazionale sulle stelle vicine diventa l’unico indizio possibile. La combinazione tra la lunga serie storica di osservazioni di Hubble e la capacità del James Webb di analizzare il cielo nell’infrarosso ha permesso di raggiungere un livello di precisione senza precedenti. Questo risultato potrebbe rappresentare l’inizio di una nuova fase nella ricerca dei buchi neri nascosti negli ammassi stellari. La scoperta di oMEGACat BH-2 non risolve ancora il mistero dei circa 10.000 buchi neri previsti in Omega Centauri, ma fornisce la prima prova diretta che almeno una parte di questa popolazione esiste realmente. Allo stesso tempo, il suo comportamento inatteso costringerà gli astronomi a rivedere alcuni aspetti delle teorie sulla formazione dei buchi neri nell’universo primordiale e negli ambienti poveri di metalli.
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