Gli astronomi hanno cercato per decenni, senza successo, i buchi neri di massa stellare che i modelli teorici prevedono all’interno di Omega Centauri, il più grande e massiccio ammasso globulare della Via Lattea, visibile dalla Terra anche a occhio nudo.
Questa situazione sembra però essere arrivata a una svolta. Grazie all’analisi dei dati del telescopio spaziale Hubble della Nasa, integrati con quelli ottenuti dalle scansioni del telescopio spaziale James Webb di Nasa/Esa/Csa, un gruppo di ricercatori è finalmente riuscito a individuare il primo esemplare di questa popolazione finora sfuggita alle osservazioni.
Lo studio, pubblicato su The Astrophysical Journal Letters, rappresenta in generale un importante passo avanti nella comprensione della formazione dei buchi neri negli ammassi globulari, oltre che un contributo ai modelli utilizzati finora per interpretare le sorgenti di onde gravitazionali.
Omega Centauri ospita circa 10 milioni di stelle, legate tra loro dalla gravità. Sebbene i dati degli osservatori spaziali avessero già suggerito in precedenza la presenza di un buco nero di massa intermedia nel suo nucleo, le simulazioni indicano che la popolazione prevista è enormemente più numerosa: l’ammasso dovrebbe contenere anche circa diecimila buchi neri di massa stellare, finora sconosciuti. Questa mancanza di riscontri osservativi nasce soprattutto perché i tentativi precedenti si erano concentrati sul metodo della velocità radiale, che misura il moto di una stella lungo la nostra linea di vista (effetto Doppler), ma è poco efficace per sistemi molto ampi; oppure sulla ricerca delle emissioni radio e X prodotte dalla materia in caduta verso un buco nero, che funziona solo se l’oggetto la sta sottraendo a una stella vicina. Se invece è ‘quiescente’, cioè non sta accrescendo materiale, praticamente non emette nulla.
La svolta è arrivata grazie all’astrometria, la tecnica che misura con estrema precisione gli spostamenti delle stelle nel tempo. Il team di ricercatori, guidato da Matthew Whitaker dell’Università dello Utah, ha analizzato oltre vent’anni di osservazioni di Hubble, raccolte tra il 2002 e il 2023, e combinandole con dati nel vicino infrarosso ottenuti dal James Webb Space Telescope, ha ricostruito il moto di una stella in orbita attorno a un oggetto invisibile.
La massa della stella era già nota, pari a circa 0,78 masse solari, il nuovo studio ha però permesso di determinare con maggiore accuratezza quella del suo compagno oscuro, pari a 4,46 masse solari. Un valore incompatibile con una stella di neutroni e quindi sufficiente a identificarlo come un buco nero di massa stellare, denominato oMEGACat BH-2.
La scoperta include anche un elemento inatteso. Secondo gli attuali modelli evolutivi, stelle povere di metalli come quelle di Omega Centauri dovrebbero produrre buchi neri più massicci. La massa relativamente contenuta di oMEGACat BH-2 suggerisce quindi che i meccanismi di formazione di oggetti in ambienti di questo genere siano ancora da comprendere pienamente.
L’analisi ha inoltre rivelato che la stella completa un’orbita attorno al buco nero ogni 94 anni, il periodo orbitale più lungo mai misurato per un sistema binario contenente un buco nero. Una caratteristica che suggerisce la sua probabile origine: secondo i ricercatori, la stella e il compagno oscuro non si sarebbero formati insieme, ma si sarebbero legati gravitazionalmente nel tempo, probabilmente in seguito a interazioni dinamiche avvenute all’interno dell’ammasso. Le simulazioni indicano inoltre che una coppia di questo tipo dovrebbe sopravvivere per meno di un miliardo di anni, un intervallo molto inferiore ai circa 12 miliardi di anni di età di Omega Centauri.
Le ricerche in questo campo aiutano gli scienziati a comprendere come si formano e si evolvono le popolazioni di buchi neri negli ammassi globulari, ma sono fondamentali anche per interpretare i fenomeni osservati dagli interferometri per onde gravitazionali. Ambienti estremamente densi come Omega Centauri sono infatti considerati tra i luoghi più favorevoli alla formazione di sistemi binari di oggetti compatti destinati, nel tempo, a fondersi.
La ricerca in questa direzione è destinata a proseguire. Oltre a Hubble e James Webb, un contributo importante potrà arrivare dal futuro telescopio spaziale Nancy Grace Roman (partenza prevista per il 30 agosto prossimo), progettato anche per osservare con regolarità il centro della Via Lattea e il rigonfiamento galattico con una risoluzione paragonabile a quella di Hubble ma su un campo di vista molto più esteso, aumentando così le possibilità di individuare altri sistemi binari simili a oMEGACat BH-2.
Guarda anche un video su un buco nero massiccio scoperto dal James Webb Telescope sempre dentro l’ammasso globulare di Omega Centauri 👉
Immagine, La zona della nebulosa Omega Centauri in cui è stato individuato il buco nero stellare, ingrandita nel riquadro.
Crediti: Esa, Nasa, Maximilian Häberle (Mpia), Joseph DePasquale (StScI)
