La missione Gaia dell’ESA ha aiutato a scoprire un nuovo tipo di buco nero. La nuova famiglia ha già due membri, ed entrambi sono più vicini alla Terra di qualsiasi altro buco nero conosciuto. Un team di astronomi ha studiato le orbite delle stelle individuate da Gaia e ha notato che alcune di queste oscillavano nel cielo, come se fossero influenzate gravitazionalmente da oggetti massicci. Diversi telescopi hanno cercato gli oggetti, ma non è stata trovata luce, lasciando solo una possibilità: buchi neri.
Una nuova popolazione
Utilizzando i dati della missione Gaia dell’ESA, gli astronomi hanno scoperto non solo il buco nero più vicino, ma anche il 2° più vicino alla Terra. Gaia BH1 e Gaia BH2, si trovano rispettivamente a soli 1560 anni luce da noi in direzione della costellazione dell’Ofiuco e a 3800 anni luce nella costellazione del Centauro. In termini galattici, questi buchi neri risiedono nel nostro cortile cosmico.
I due buchi neri sono stati scoperti studiando il movimento delle loro stelle compagne. Una strana “oscillazione” nel movimento delle stelle nel cielo ha indicato che stanno orbitando attorno a un oggetto molto massiccio. In entrambi i casi, gli oggetti sono circa 10 volte più massicci del nostro Sole. Altre spiegazioni per questi enormi compagni, come i sistemi a doppia stella, sono state escluse, poiché non sembrano emettere alcuna luce.
Fino a poco tempo fa, tutti i buchi neri di cui gli astronomi erano a conoscenza erano stati scoperti a partire dall’emissione di luce – di solito a raggi X e lunghezze d’onda radio – prodotta dalla caduta di materiale. I nuovi buchi neri sono veramente neri e possono essere rilevati solo dai loro effetti gravitazionali. La distanza delle stelle dal buco nero e le orbite delle stelle intorno a loro sono molto più grandi rispetto ad altri sistemi binari noti di buchi neri e stelle. Quelle coppie stella-buco nero più vicine, chiamate binarie a raggi X, tendono ad essere molto luminose nei raggi X e nella luce radio, e quindi più facili da trovare. Le nuove scoperte, però, suggeriscono che i buchi neri nelle binarie più ampie sono più comuni.
“Ciò che distingue questo nuovo gruppo di buchi neri da quelli che già conoscevamo è la loro ampia separazione dalle loro stelle compagne. Questi buchi neri probabilmente hanno una storia di formazione completamente diversa rispetto alle binarie a raggi X,” ha spiegato Kareem El-Badry, autore principale e ricercatore presso l’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics negli Stati Uniti e il Max-Planck Institute for Astronomy ad Heidelberg, in Germania.
Movimento di miliardi di stelle
I buchi neri sono stati scoperti utilizzando i dati di Gaia: la missione misura accuratamente le posizioni e i movimenti di miliardi di stelle. Il movimento delle stelle contro il cielo può fornire indizi essenziali sugli oggetti che influenzano gravitazionalmente queste stelle. Questi oggetti possono includere altre stelle, esopianeti e anche buchi neri.
“L’accuratezza dei dati di Gaia è stata essenziale per questa scoperta. I buchi neri sono stati localizzati individuando la minuscola oscillazione della sua stella compagna mentre orbita attorno ad essa. Nessun altro strumento è in grado di effettuare tali misurazioni,” ha spiegato Timo Prusti, project scientist di Gaia.
Gaia ha fornito misurazioni accurate del movimento in 3 direzioni, ma per comprendere più precisamente come le stelle si sono allontanate e avvicinate a noi, sono state necessarie ulteriori misurazioni della velocità radiale. Gli osservatori a terra le hanno indicate, e ciò ha fornito l’ultimo tassello per concludere che gli astronomi avevano rilevato buchi neri.
Buchi neri invisibili
I buchi neri spesso non sono completamente invisibili. Quando il materiale cade su di loro, possono emettere luce radio e raggi X. Per il 2° buco nero di Gaia, il Chandra X-ray Observatory della NASA e il radiotelescopio sudafricano MeerKAT a terra hanno cercato questa luce, ma non sono stati in grado di individuare alcun segnale.
“Anche se non abbiamo rilevato nulla, queste informazioni sono incredibilmente preziose perché ci dicono molto sull’ambiente attorno a un buco nero. Ci sono molte particelle che escono dalla stella compagna sotto forma di vento stellare. Poiché, però, non abbiamo osservato alcuna luce radio, questo ci dice che il buco nero non è un grande “mangiatore” e che non molte particelle stanno attraversando il suo orizzonte degli eventi. Non sappiamo perché, ma vogliamo scoprirlo,” ha dichiarato Yvette Cendes che ha contribuito a scoprire il 2° buco nero ed è un astronomo presso l’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics negli Stati Uniti.
I 2 oggetti appena scoperti non emettono alcuna luce, il che li rende praticamente invisibili, probabilmente perché sono molto più lontani dalle loro stelle compagne. Gaia BH1 e Gaia BH2 hanno le orbite più distanti di tutti i buchi neri conosciuti. Il fatto che siano anche i buchi neri conosciuti più vicini alla Terra suggerisce che molti altri buchi neri simili nelle binarie larghe sono ancora in attesa di essere scoperti.
“E’ molto emozionante perché ora implica che questi buchi neri in orbite larghe sono in realtà comuni nello Spazio – più comuni delle binarie dove il buco nero e la stella sono più vicini. Il problema è individuarli. La buona notizia è che Gaia sta ancora raccogliendo dati e il suo prossimo rilascio (nel 2025) conterrà molte di queste stelle con misteriosi compagni buchi neri,” ha sottolineato Yvette Cendes.
Il prossimo rilascio di dati di Gaia si baserà su 66 mesi di osservazioni e conterrà informazioni migliorate sulle orbite delle stelle. Nel frattempo, gli astronomi saranno impegnati a capire da dove provengono questi oggetti in orbite larghe.
Kareem El-Badry ha sottolineato: “Sospettavamo che potessero esistere buchi neri in sistemi più ampi, ma non eravamo sicuri su come si sarebbero formati. La scoperta significa che dobbiamo adattare le nostre teorie sull’evoluzione dei sistemi stellari binari poiché non è ancora chiaro come si formino“.
“Il Data Processing and Analysis Consortium di Gaia sta sviluppando metodi per identificare le binarie astrometriche con compagni compatti. Prevediamo di fornire un buon campione di candidati nella prossima versione dei dati di Gaia,” ha concluso il membro del team Tsevi Mazeh dell’Università di Tel Aviv. La comunità scientifica non vede l’ora di espandere ulteriormente questa nuova popolazione di oggetti dormienti.
