Nel vasto e misterioso panorama dell’astronomia, una delle scoperte più significative degli ultimi anni è emersa grazie alla tenacia degli scienziati impegnati nell’indagine di Omega Centauri (ω Centauri), uno degli ammassi stellari più studiati e intriganti della Via Lattea. Secondo un nuovo studio pubblicato su Nature questa settimana, le osservazioni effettuate tramite il telescopio spaziale Hubble hanno rivelato prove suggestive dell’esistenza di un buco nero di massa intermedia al suo interno, aprendo una finestra su una classe di oggetti cosmici fino ad oggi poco conosciuta e comprendente un’enorme varietà di masse.
I Buchi Neri
La teoria della relatività generale di Albert Einstein, introdotta più di un secolo fa, ha predetto l’esistenza dei buchi neri come regioni dello spazio in cui la gravità è così intensa che nulla, nemmeno la luce, può sfuggire alla loro attrazione. Questi oggetti possono variare notevolmente in massa: dai buchi neri di massa stellare, che vanno da poche a centinaia di volte la massa del Sole, ai buchi neri supermassicci, che pesano milioni o addirittura miliardi di volte la massa solare e risiedono nei nuclei delle galassie.
Tuttavia, tra queste due estremità, si colloca una categoria intrigante ma fino ad ora poco esplorata: i buchi neri di massa intermedia, con masse che vanno approssimativamente da 100 a 100.000 masse solari. Questi buchi neri occupano una posizione unica nell’universo, non solo per le loro dimensioni ma anche per il ruolo cruciale che possono svolgere nella formazione e nell’evoluzione delle strutture cosmiche.
Omega Centauri, situato a circa 15.800 anni luce dalla Terra, è uno degli ammassi globulari più massicci e complessi della nostra galassia. Con una densità stellare eccezionalmente alta e una storia evolutiva ricca di eventi dinamici, questo ammasso stellare si distingue come un laboratorio naturale perfetto per lo studio dei buchi neri di massa intermedia. Tuttavia, nonostante le supposizioni e le ipotesi del passato, la presenza di un buco nero in questo contesto non è stata una scoperta facile né scontata.
La scoperta: un gruppo di sette Stelle veloci
Il team di ricerca guidato da Maximilian Häberle ha utilizzato dati iconici del telescopio spaziale Hubble, acquisiti nel corso di oltre 20 anni di osservazioni, per analizzare con precisione il movimento delle stelle all’interno del nucleo di Omega Centauri. Ciò che hanno scoperto è stato stupefacente: un gruppo di sette stelle che mostrano movimenti estremamente veloci e irregolari, suggerendo la presenza di un oggetto massivo al loro centro capace di influenzarne gravitazionalmente il comportamento.
Attraverso complesse analisi dinamiche e simulazioni al computer, Häberle e il suo team hanno stimato che l’oggetto responsabile di questi movimenti stellari deve avere una massa di almeno 8.200 volte quella del Sole. Questo limite inferiore di massa rappresenta una prova convincente dell’esistenza di un buco nero di massa intermedia in Omega Centauri, consolidando così l’importanza cruciale di questo ammasso globulare come una vera e propria fucina di scoperte astronomiche.
“Queste stelle appena scoperte offrono la migliore prova che ω Centauri ospita un buco nero di massa intermedio“, ha affermato Daryl Haggard, coautore dell’articolo di News & Views che accompagna la pubblicazione su Nature. Questa scoperta non solo consolida la nostra comprensione dei buchi neri di massa intermedia, ma apre anche nuove prospettive per la ricerca futura in questo campo affascinante della cosmologia.
La teoria dell’evoluzione delle galassie
L’attuale teoria dell’evoluzione delle galassie ipotizza che le prime galassie dovessero avere buchi neri centrali di dimensioni intermedie, che sarebbero poi cresciuti nel tempo man mano che quelle galassie si evolvevano, inglobando galassie più piccole (come ha fatto la nostra Via Lattea) o fondendosi con galassie più grandi. Tali buchi neri di medie dimensioni sono notoriamente difficili da trovare: le galassie come la nostra Via Lattea hanno superato quella fase, contenendo ora buchi neri centrali molto più grandi, mentre le galassie nane invece sono difficili da osservare e rendono estremamente complicato rilevare i loro buchi neri centrali con la tecnologia attuale. Sebbene esistano candidati promettenti, fino ad ora non è mai stato rilevato un buco nero di massa intermedia.
Le dichiarazioni degli esperti
Mattia Libralato, coautore dell’articolo appena pubblicato sulla rivista Nature che descrive la scoperta, commenta: “L’esistenza di buchi neri di massa intermedia al centro degli ammassi globulari è un argomento molto controverso perché questi oggetti sono elusivi ed è difficile dedurre la loro presenza. In questa analisi sono state trovate sette stelle vicino al centro di Omega Centauri la cui velocità molto elevata e posizione sono compatibili con la presenza di un buco nero con una massa di almeno 8.200 volte quella del Sole al centro dell’ammasso. La scoperta di queste stelle è una delle prove più solide che sia stata raccolta dell’esistenza di un buco nero di massa intermedia”.
Nadine Neumayer, capo gruppo al MPIA, e Anil Seth, dell’Università dello Utah, nel 2019 hanno dato vita ad un progetto di ricerca mirato a migliorare la comprensione della storia della formazione di Omega Centauri: identificare le stelle in rapido movimento attorno al buco nero centrale per poi misurarne la massa.
Maximilian Häberle, uno studente di dottorato al MPIA, ha guidato il lavoro creando un enorme catalogo con i movimenti delle stelle in Omega Centauri e misurando le velocità di 1,4 milioni di stelle. Per questo lavoro, sono state utilizzate oltre 500 immagini di Hubble dell’ammasso, prodotte con lo scopo di calibrare gli strumenti del satellite, ma che con le loro visualizzazioni ripetute di Omega Centauri, si sono rivelate il set ideale di dati.
“Cercare stelle in rapido movimento e documentarne il movimento era come cercare il proverbiale ago in un pagliaio” dice Häberle, che ha trovato ben sette stelle in rapido movimento in una piccola regione al centro di Omega Centauri dove non vi è nessun oggetto visibile. Tali stelle, con diverse velocità e direzioni di movimento, hanno permesso a Häberle e ai suoi colleghi di determinare la presenza di una massa centrale in Omega Centauri, di almeno 8.200 masse solari.
Il più vicino buco nero massiccio conosciuto
A una distanza di circa 18.000 anni luce, questo è l’esempio del più vicino buco nero massiccio ad oggi conosciuto. Infatti il buco nero supermassiccio nel centro della Via Lattea è a una distanza di circa 27.000 anni luce da noi. Questa rilevazione non solo promette di risolvere il dibattito decennale sul buco nero di massa intermedia in Omega Centauri, ma fornisce, in generale, anche il miglior candidato, fino ad ora, della rilevazione di un buco nero di massa intermedia.
“Negli ultimi 10 anni, l’astrometria, e in particolare lo studio della cinematica interna degli ammassi globulari, ha vissuto un vero e proprio ‘Rinascimento’ grazie alla missione Gaia” ricorda Libralato. “Tuttavia, regioni affollate come il centro degli ammassi globulari sono difficili, e in alcuni casi impossibili, da studiare anche con Gaia, lasciando Hubble come unica risorsa. Il lavoro di Maximilian dimostra che anche dopo più di 30 anni dal suo lancio, il telescopio Hubble è uno dei migliori strumenti per ottenere astrometria di alta precisione in regioni estremamente affollate come il centro degli ammassi globulari”.
L’obiettivo a lungo termine è determinare come le stelle accelerano e come curvano le loro orbite. Seguire le orbite intere delle stelle, come per le osservazioni del buco nero al centro della Via Lattea che hanno portato al premio Nobel, è un progetto per le future generazioni di astronomi. Infatti, la piccola massa del buco nero per Omega Centauri si traduce in tempi scala dieci volte più grandi rispetto a quelli utilizzati per lo studio del centro della Via Lattea, ovvero periodi orbitali di più di cento anni.
