Avvicinarsi troppo a un buco nero può significare andare incontro a una brutta fine. Le immense forze mareali generate dalla sua gravità possono infatti deformare gli oggetti che si trovano nei paraggi fino a distruggerli completamente. Ma non sempre è così.

In alcuni casi, le stelle riescono a sopravvivere al primo incontro. Il buco nero ne strappa via soltanto una parte di materia, mentre il nucleo rimane intatto e continua a orbitare attorno al gigante cosmico. E a ogni successivo passaggio ravvicinato la stella perde altro materiale, producendo un nuovo brillamento di luce. Si tratta dei cosiddetti eventi di distruzione mareale parziale e ripetuta (rpTDE).

Questi fenomeni permettono agli astronomi di osservare più volte la stessa interazione tra una stella e un buco nero, seguendo nel tempo le variazioni di luminosità associate a questi eventi. Ed è proprio tenendo d’occhio questi sistemi che è stato possibile individuare casi in cui i brillamenti di luce diventano progressivamente più deboli. Dei circa dieci sistemi rpTDE analizzati finora, quattro mostrano questo andamento, la cui origine è rimasta a lungo un enigma.

Ora, uno studio condotto da un team di astrofisici della Syracuse University e pubblicato su The Astrophysical Journal, suggerisce che la spiegazione possa essere legata alla velocità di rotazione della stella.

Durante un normale evento di distruzione mareale, la differenza nell’intensità della gravità esercitata dal buco nero sui diversi punti della stella può essere sufficiente a frantumarla completamente. Il materiale strappato alla stella forma quindi un flusso di detriti che ricade verso il buco nero; durante questo processo viene liberata energia sotto forma di radiazione e il sistema diventa temporaneamente molto luminoso. In un evento di distruzione mareale parziale, invece, la stella non viene distrutta del tutto e il suo nucleo sopravvive. Dopo il primo passaggio continua a orbitare attorno al buco nero e torna periodicamente nelle sue vicinanze. A ogni incontro una nuova quantità di materiale viene strappata via e può successivamente ricadere verso il buco nero, generando un altro brillamento.

La quantità di materia persa dipende anche dalla struttura interna della stella. Le stelle meno massicce hanno una struttura più facilmente deformabile e possono man mano diventare più vulnerabili alle forze mareali. Quelle più massicce, invece, hanno una struttura più concentrata verso il centro, simile a una cipolla, e possono perdere soprattutto gli strati più esterni, preservando il nucleo. Queste differenze spiegherebbero la variabilità nel comportamento dei rpTDE. Ma perché, in alcuni casi, i brillamenti possono farsi sempre più deboli?

Le simulazioni precedenti avevano mostrato che la quantità di materiale perso dalla stella può diminuire a ogni passaggio senza che la luminosità dei brillamenti diminuisca necessariamente. Il motivo è legato proprio alle forze mareali. Durante ogni incontro ravvicinato, infatti, la gravità del buco nero non si limita a strappare materia alla stella, ma agisce su di essa in modo da accelerarne la rotazione. Questo effetto, noto come momento torcente, aumenta a ogni passaggio. Tale crescita influisce a sua volta sul materiale strappato: anche se la quantità di materia persa diminuisce, una parte di essa può tornare verso il buco nero in un intervallo di tempo più breve. Il risultato è che il brillamento può mantenere una luminosità simile anche quando la stella perde sempre meno materia.

Per spiegare i casi in cui la luminosità diminuisce progressivamente, i ricercatori hanno quindi tenuto conto di un ‘ingrediente’ aggiuntivo: una stella che ruotava su sé stessa già molto rapidamente prima del primo incontro con il buco nero. Secondo il nuovo modello, una rotazione iniziale elevata rende più difficile un ulteriore aumento significativo della velocità di rotazione durante i successivi passaggi. In questo modo il tempo necessario al materiale strappato per ricadere verso il buco nero rimane relativamente stabile. A ogni incontro, quindi, la stella perde sempre meno materia e, senza un’ulteriore accelerazione della sua rotazione a compensare questa diminuzione, anche la quantità di materiale che ricade verso il buco nero si riduce. Di conseguenza, il brillamento diventa sempre più debole.

Ma perché una stella dovrebbe ruotare così rapidamente già prima di incontrare il buco nero? Una possibile risposta riguarda il suo passato. L’astro potrebbe aver fatto parte, in precedenza, di una coppia di stelle molto vicine tra loro. In un sistema binario così stretto, ciascuna stella compie una rotazione su sé stessa nello stesso tempo necessario a orbitare attorno alla compagna. Più ‘rimpicciolita’ è l’orbita, più veloce sarà la rotazione. Quando il sistema passa vicino a un buco nero supermassiccio, la sua enorme gravità può dividere la coppia: una stella viene espulsa nello spazio, mentre l’altra – già in rapida rotazione – viene catturata dal buco nero. Proprio questa combinazione potrebbe dare origine agli rpTDE osservati: frutto, forse, di una storia iniziata in una coppia binaria e terminata nella regione più estrema della galassia, lì dove la gravità di un buco nero può cambiare il destino di una stella.

 

In apertura: simulazione di una stella che viene lacerata dalle forze mareali di un buco nero supermassiccio. Crediti: Nasa/S. Gezari (Jhu)/J. Guillochon (Ucsc).

 

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