Nel settore della galassia in cui si trova il nostro Sistema Solare, le collisioni tra stelle sono eventi rari. È logico: lo spazio è vasto e le stelle hanno ampio margine di movimento. Anche nella maggior parte dell’Universo attuale, le collisioni stellari sono una rarità. Il telescopio spaziale James Webb, tuttavia, è in grado di scrutare lo spazio così in profondità da mostrare l’Universo com’era poco dopo il Big Bang. Le sue osservazioni hanno rivelato sistemi stellari straordinariamente compatti, suggerendo che, in passato, le collisioni tra stelle fossero molto più frequenti. Un nuovo studio, condotto da astrofisici dell’University of California, Los Angeles e attualmente disponibile sul server di preprint arXiv, indica che nell’Universo primordiale i sistemi stellari erano estremamente densi, tanto che le stelle entravano spesso in collisione tra loro. Tali impatti potevano avvenire a velocità molto elevate, portando alla distruzione delle stelle, oppure a velocità più contenute, dando luogo a una fusione tra esse.
Le fusioni stellari creano i “semi” dei buchi neri
Fusioni ripetute potrebbero generare un’unica stella di massa straordinaria, destinata, con il tempo, a collassare in un buco nero. Alcune di queste stelle gigantesche sono effettivamente diventate buchi neri. Questa scoperta potrebbe contribuire a spiegare come si siano formati, in un’epoca molto remota, i “semi” dei buchi neri supermassicci, consentendo loro di crescere fino a raggiungere le dimensioni colossali che osserviamo già nell’Universo primordiale.
“Forse l’esito più sorprendente delle nostre simulazioni è che le stelle possono fondersi ripetutamente all’interno di un ammasso, fino a formare un unico astro gigantesco, la cui massa equivale a quella dell’intero ammasso“, spiega Claire Williams, dottoranda presso l’UCLA e autrice corrispondente dello studio. “Secondo i modelli, quando una stella di tali proporzioni giunge al termine del proprio ciclo vitale, non le resta altra scelta che collassare su se stessa, dando origine a un buco nero massiccio“.
Il centro della Via Lattea offre un esempio, relativamente vicino a noi, di questi stessi elementi fondamentali: un buco nero massiccio immerso in un denso ammasso stellare nucleare. Il modello suggerisce che, una volta presente un buco nero, la sua gravità acceleri le stelle circostanti; in prossimità del buco nero, le collisioni che ne derivano portano alla distruzione delle stelle – anziché alla loro fusione – con il conseguente rilascio di gas nella regione circostante. “Il centro galattico è un luogo, nell’Universo a noi vicino, in cui le collisioni tra stelle sono un fenomeno frequente”, afferma Williams. “Nel nostro modello, una volta che queste stelle estremamente massicce si trasformano in buchi neri di massa intermedia, il sistema assomiglia al nostro centro galattico: un buco nero circondato da un denso ammasso stellare”.
Collegare i “piccoli punti rossi”
L’origine dei buchi neri supermassicci è sempre stata un mistero. Gli astronomi ipotizzavano una crescita graduale, ma il telescopio spaziale James Webb ha rivelato che si sono formati rapidamente subito dopo il Big Bang. Questa nuova ricerca non è la prima a suggerire le collisioni stellari come meccanismo scatenante; tuttavia, il modello proposto unisce le osservazioni – come gli intriganti “piccoli punti rossi” (LRD, dall’inglese little red dots) – ai modelli teorici, delineando percorsi chiari che portano le stelle, all’interno di ammassi densi, a scontrarsi e a dare origine a buchi neri supermassicci.
Si ritiene che gli LRD – oggetti estremamente compatti nell’Universo primordiale che appaiono come punti rossi – contengano al loro centro un buco nero in rapida crescita. Le nuove simulazioni suggeriscono che gli LRD possano essere densi ammassi stellari caratterizzati da frequenti collisioni tra stelle, le quali portano alla formazione di un astro di dimensioni eccezionali, destinato infine a trasformarsi in un buco nero. “I “piccoli punti rossi” sono un tema molto dibattuto in astronomia. Si potrebbe paragonare il lavoro di chi cerca di comprenderli alla favola dei ciechi che tentano di descrivere un elefante toccandolo: ognuno ne fornisce una descrizione diversa a seconda della parte che sta esplorando”, spiega Smadar Naoz, astrofisica dell’UCLA e coautrice dello studio. “La nostra ricerca mette in relazione diverse di queste prospettive, aiutandoci forse a vedere l’elefante nella sua interezza”.
Ammassi densi in un Universo giovane
Perché esistano buchi neri di massa intermedia, è probabilmente necessario un contesto come quello di un ammasso denso. Si tratta di una tipologia di buco nero sfuggente: più grande di quelli che si formano alla morte di una stella, ma più piccolo dei buchi neri supermassicci che dominano i centri delle galassie. Sono oggetti quasi mai osservati. Tali ammassi traggono origine da condizioni peculiari dell’Universo primordiale, profondamente diverso da quello attuale. Non esistevano ancora grandi galassie a spirale come la Via Lattea, bensì regioni caratterizzate da densi raggruppamenti in cui si formavano stelle. All’interno di questi ammassi, le collisioni stellari davano vita a buchi neri, attorno ai quali si sarebbero poi sviluppate le galassie. Con il passare del tempo, l’Universo si è espanso, diventando meno estremo e avviandosi verso lo stato di equilibrio che osserviamo oggi. “Nel nostro modello, gli ammassi stellari densi costituiscono un luogo di nascita naturale per i semi di buchi neri massicci”, ha affermato Williams. “Lo stesso ambiente in cui si forma il buco nero può anche fornire stelle e gas che ne influenzano la crescita successiva”.
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