I cluster globulari sono sistemi stellari estremamente densi, in cui le stelle sono molto vicine. Sono tipicamente anche molto antichi. Il cluster globulare oggetto di un recente studio è quasi antico quanto l’universo stesso. NGC 6397 si trova a 7800 anni luce di distanza ed è uno dei cluster globulari più vicini alla Terra. A causa del suo nucleo molto denso, è conosciuto come un cluster globulare dal nucleo collassato.
Quando Eduardo Vitral e Gary A. Mamon dell’Institut d’Astrophysique de Paris hanno deciso di studiare il nucleo di NGC 6397, si aspettavano di trovare le prove di un buco nero di massa intermedia, ossia più piccoli dei buchi neri supermassicci che si trovano nei nuclei delle grandi galassie, ma più grandi dei buchi neri di massa stellare formati dal collasso di stelle massicce. I buchi neri di massa intermedia sono il collegamento mancante a lungo cercato nell’evoluzione del buco nero e la loro esistenza è tanto dibattuta, anche se è stato trovato qualche candidato.
Per cercare buchi neri di massa intermedia, Vitral e Mamon hanno analizzato le posizioni e le velocità delle stelle del cluster, utilizzando stime precedenti dei moti propri delle stelle dalle immagini di Hubble del cluster nell’arco di diversi anni, oltre ai moti forniti dall’osservatorio spaziale Gaia dell’ESA, che misura con precisione le posizioni, le distanze e i moti delle stelle. Conoscere la distanza dal cluster ha permesso agli astronomi di tradurre i moti di queste stelle in velocità.
NASA, ESA, and T. Brown and S. Casertano (STScI)
Acknowledgement: NASA, ESA, and J. Anderson (STScI)
“La nostra analisi ha indicato che le orbite delle stelle sono quasi casuali in tutto il cluster globulare piuttosto che sistematicamente circolari o molto allungate”, spiega Mamon. “Abbiamo trovato evidenze molto forti di massa invisibile nelle dense regioni centrali del cluster, ma siamo stati sorpresi di trovare che questa massa extra non è puntiforme ma estesa ad una piccola percentuale delle dimensioni del cluster”, aggiunge Vitral. Questa componente invisibile potrebbe essere composta solo dai resti (nane bianche, stelle di neutroni e buchi neri) di stelle massicce, le cui regioni interne sono collassate sotto la loro stessa gravità quando il combustibile nucleare è terminato. Le stelle sono progressivamente affondate nel centro del cluster dopo interazioni gravitazionali con stelle vicine meno massicce, il che ha portato alla piccola estensione della concentrazione di massa invisibile. Utilizzando la teoria dell’evoluzione stellare, gli scienziati hanno concluso che la maggior parte della concentrazione invisibile è costituita da buchi neri di massa stellare piuttosto che da nane bianche o stelle di neutroni che sono troppo deboli per essere osservate.
Due recenti studi hanno anche suggerito che i resti stellari e in particolare i buchi neri di massa stellare potrebbero popolare le regioni interne dei cluster globulari. “Il nostro studio è la prima scoperta a fornire sia la massa che l’estensione di quello che sembra essere un insieme di buchi neri in un cluster dal nucleo collassato”, spiega Vitral. “La nostra analisi non sarebbe stata possibile senza avere sia i dati di Hubble per limitare le regioni interne del cluster che i dati di Gaia per limitare le forme orbitali delle stelle esterne, che a sua volta limita indirettamente le velocità delle stelle in primo piano e sullo sfondo nelle regioni interne”, aggiunge Mamon.
Gli astronomi notano anche che questa scoperta pone anche il seguente quesito: le fusioni di questi buchi neri in cluster globulari dal nucleo collassato potrebbero essere una importante fonte delle onde gravitazionali recentemente rilevate dall’esperimento Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)?
