Il pannello di sinistra mostra un’immagine ad ampio campo di M31 con un piccolo riquadro rosso che mostra la posizione di B023-G78, dove è stato trovato il buco nero. I riquadro è stato ingrandito nel pannello a destra. Crediti: Iván Éder, www.astroeder.com; Hst Acs/Hrc
Grande il doppio della Via Lattea e in rapido avvicinamento, la Galassia di Andromeda (conosciuta anche come M31) è una galassia a spirale gigante che dista circa 2 milioni e mezzo di anni luce dalla Terra. È così grande e così vicina che si vede anche a occhio nudo, in direzione della costellazione omonima.
È proprio lì, in quello che a occhio nudo sembra un batuffolo di cotone, che gli astronomi hanno scoperto un buco nero molto particolare. Con centomila masse solari, è più piccolo dei buchi neri che si trovano al centro delle galassie ma più grande dei buchi neri che si formano quando le stelle terminano la loro vita, esplodendo. Si tratta di uno dei pochi buchi neri di massa intermedia confermati, un oggetto a lungo ricercato dagli astronomi.
«Abbiamo rilevamenti molto buoni dei più grandi buchi neri di massa stellare, fino a 100 volte più grandi del nostro sole, e dei buchi neri supermassicci al centro delle galassie, che sono milioni di volte più grandi del nostro sole, ma tra questi due estremi non sembrano trovarsi [ndr, molti] buchi neri di altre misure», spiega Anil Seth dell’Università dello Utah, coautore dello studio.
Il buco nero era nascosto all’interno di B023-G078, un enorme ammasso stellare nella vicina galassia Andromeda. A lungo ritenuto un ammasso globulare, i ricercatori sostengono che B023-G078 sia invece un nucleo spogliato, ossia un resto di una piccola galassia caduta nella galassia più grande e le cui stelle esterne sono state strappate via dalle forze gravitazionali. Ciò che resta è un minuscolo e denso nucleo in orbita attorno alla galassia più grande e, al centro di quel nucleo, si trova un buco nero.
«In passato, abbiamo trovato grandi buchi neri all’interno di massicci nuclei spogliati molto più grandi di B023-G078. Sapevamo che dovevano esserci buchi neri più piccoli nei nuclei spogliati di massa inferiore, ma non abbiamo mai trovato prove dirette», ha affermato la prima autrice Renuka Pechetti della Liverpool John Moores University. «Penso sia abbastanza chiaro che abbiamo finalmente trovato uno di questi oggetti».
B023-G078 era noto come un massiccio ammasso globulare, un insieme sferico di stelle strettamente legate dalla gravità. Tuttavia, c’era stata solo una singola osservazione dell’oggetto che ne determinava la massa complessiva, di circa 6.2 milioni di masse solari. Per anni, Seth ha avuto la sensazione che fosse qualcos’altro. «Sapevo che l’oggetto B023-G078 era uno degli oggetti più massicci di Andromeda e sospettavo potesse essere un candidato per un nucleo spogliato. Ma avevamo bisogno di dati per dimostrarlo. Ci siamo rivolti a vari telescopi per ottenere più osservazioni per molti, molti anni e le mie proposte sono sempre andate a vuoto», ha detto Seth. «Quando abbiamo scoperto un buco nero supermassiccio all’interno di un nucleo spogliato nel 2014, l’Osservatorio Gemini ci ha dato la possibilità di esplorare l’idea».
Con i nuovi dati osservativi dell’Osservatorio Gemini e le immagini del telescopio spaziale Hubble, Pechetti, Seth e il loro team hanno calcolato come fosse distribuita la massa all’interno dell’oggetto modellando il suo profilo di luce. Un ammasso globulare ha un caratteristico profilo luminoso che ha la stessa forma vicino al centro come nelle regioni esterne. B023-G078 invece è diverso: la luce al centro è distribuita in forma sferica e si appiattisce spostandosi verso l’esterno. Anche la composizione chimica delle stelle cambia, con elementi più pesanti nelle stelle al centro rispetto a quelle vicino al bordo dell’oggetto.
«Gli ammassi globulari si formano sostanzialmente nello stesso momento. Al contrario, questi nuclei spogliati possono avere ripetuti episodi di formazione, in cui il gas cade nel centro della galassia e forma stelle. E altri ammassi stellari possono essere trascinati al centro dalle forze gravitazionali della galassia», riporta Seth. «È una specie di discarica per un mucchio di cose diverse. Quindi, le stelle nei nuclei spogliati saranno più diversificate rispetto a quelle negli ammassi globulari. Ed è quello che abbiamo visto in B023-G078».
Questa immagine del telescopio spaziale Hubble è l’immagine più grande e nitida mai scattata della galassia di Andromeda. Questa è una versione ritagliata dell’immagine completa e ha 1.5 miliardi di pixel. Servirebbero più di 600 schermi televisivi HD per visualizzare l’intera immagine. È la più grande immagine di Hubble mai rilasciata e mostra oltre 100 milioni di stelle e migliaia di ammassi stellari all’interno di una sezione del disco della galassia che si estende per oltre 40mila anni luce. Cliccando sull’immagine è possibile apprezzarla utilizzando lo zoom. Crediti: Nasa, Esa, J. Dalcanton (Università di Washington, Usa), B. F. Williams (Università di Washington, Usa), L. C. Johnson (Università di Washington, Usa), il team Phat e R. Gendler
I ricercatori hanno utilizzato la distribuzione di massa dell’oggetto per prevedere la velocità con cui le stelle dovrebbero muoversi in una determinata posizione all’interno dell’ammasso e l’hanno confrontata con i loro dati. Le stelle a più alta velocità orbitavano attorno al centro. Quando hanno costruito un modello senza includere un buco nero, le stelle al centro erano troppo lente rispetto alle loro osservazioni. Quando hanno aggiunto il buco nero, hanno ottenuto velocità che corrispondevano ai dati. Il buco nero conferma ulteriormentre che questo oggetto è un nucleo spogliato. «Le velocità stellari che stiamo ottenendo ci danno la prova diretta che c’è una sorta di massa oscura proprio al centro», ha detto Pechetti. «È molto difficile per gli ammassi globulari formare grandi buchi neri. Ma se si trova in un nucleo spogliato, allora deve essere già presente un buco nero, lasciato come residuo della galassia più piccola che è caduta in quella più grande».
I ricercatori sperano di osservare più nuclei spogliati che potrebbero contenere più buchi neri di massa intermedia. Queste osservazioni rappresentano una grande opportunità per saperne di più sulla popolazione di buchi neri al centro delle galassie di piccola massa e per capire come le galassie abbiamo al loro interno entità più piccole. «Sappiamo che le grandi galassie si formano generalmente dalla fusione di galassie più piccole, ma questi nuclei spogliati ci consentono di decifrare i dettagli di quelle interazioni passate», conclude Seth.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “Detection of a 100,000 M⊙ black hole in M31’s Most Massive Globular Cluster: A Tidally Stripped Nucleus” di Renuka Pechetti, Anil Seth, Sebastian Kamann, Nelson Caldwell, Jay Strader, Mark den Brok, Nora Luetzgendorf, Nadine Neumayer e Karina Voggel
Sulle diverse “taglie” dei buchi neri guarda questo video di Gabriele Ghisellini: