Questa animazione mostra il moto delle stelle vagabonde blu negli ammassi globulari. Crediti: Eso/Nasa/Esa, L. Calçada, F. Ferraro (University of Bologna)
Gli ammassi globulari sono ammassi stellari che possono contenere decine di migliaia o addirittura milioni di stelle, densamente impacchettate in strutture di forma sferica.
Effettivamente, guardando quella che potrebbe essere l’evoluzione temporale delle cosiddette stelle vagabonde blu in un ammasso globulare riportata nell’animazione accanto, viene da chiedersi cosa succeda al centro dell’ammasso stesso. Deve esserci un gran fitto, come si usa dire da queste parti, ed è ragionevole pensare che le stelle dell’ammasso, stipate verso il centro, si scontrino e si fondano. Ma in cosa?
Una ricerca congiunta guidata da Michiko Fujii dell’Università di Tokyo ha dimostrato che proprio lì, negli ammassi globulari, è possibile che si formino buchi neri di massa intermedia. Le prime simulazioni di formazione di ammassi di questo tipo stella per stella hanno rivelato che le nubi molecolari sufficientemente dense – i “nidi di nascita” degli ammassi stellari – possono dare vita a stelle molto massicce che si evolvono in buchi neri di massa intermedia. I risultati dello studio sono stati pubblicati ieri sulla rivista Science.
«Osservazioni precedenti avevano suggerito che alcuni ammassi stellari massicci (gli ammassi globulari) ospitassero un buco nero di massa intermedia (Imbh)», spiega Fujii, motivando il progetto di ricerca. «Un Imbh è un buco nero con una massa di 100-10mila masse solari. Finora non ci sono state prove teoriche forti che dimostrino l’esistenza di Imbh con 1000-10mila masse solari rispetto a quelli meno massicci (di massa stellare) e più massicci (supermassicci)».
Ammasso stellare in formazione in una nube molecolare gigante riprodotta dalla simulazione. Crediti: Takaaki Takeda (Vasa Entertainment Inc.)
Sebbene i nidi di nascita evochino immagini di calore e tranquillità, per le stelle la realtà è ben diversa. Gli ammassi globulari sono ambienti turbolenti. Le differenze di densità fanno sì che le stelle si scontrino e si fondano. Quando le stelle continuano a fondersi e a crescere, le forze gravitazionali crescono con loro. Le ripetute collisioni che avvengono nella densa regione centrale degli ammassi globulari possono portare alla nascita di stelle molto massicce, con oltre 1000 masse solari, che potrebbero evolvere in buchi neri di massa intermedia. Tuttavia, precedenti simulazioni di ammassi già formati hanno suggerito che i venti stellari spazzano via la maggior parte della loro massa, lasciando oggetti troppo poco massicci per dare luogo a buchi neri di massa intermedia. Per verificare se gli Imbh possono “sopravvivere”, i ricercatori hanno dovuto simulare un ammasso mentre si stava ancora formando.
«Per la prima volta abbiamo eseguito con successo simulazioni numeriche della formazione di ammassi globulari, modellando le singole stelle», spiega Fujii. «Risolvendo le singole stelle con una massa realistica per ciascuna, abbiamo potuto ricostruire le collisioni delle stelle in un ambiente strettamente compatto. Per queste simulazioni, abbiamo sviluppato un codice di simulazione innovativo, in cui abbiamo potuto integrare milioni di stelle con un’elevata precisione».
Omega Centauri, un ammasso globulare della Via Lattea, che potrebbe ospitare un buco nero di massa intermedia. Crediti: Eso
Nella simulazione, le collisioni hanno effettivamente portato alla formazione di stelle molto massicce che si sono evolute in buchi neri di massa intermedia. I ricercatori hanno anche scoperto che il rapporto di massa tra l’ammasso e il buco nero intermedio corrisponde a quello delle osservazioni che avevano originariamente motivato il progetto.
«Il nostro obiettivo finale è quello di simulare intere galassie risolvendo le singole stelle», sottolinea Fujii, parlando delle ricerche future. «È ancora difficile simulare galassie delle dimensioni della Via Lattea risolvendo le singole stelle con i supercomputer attualmente disponibili. Tuttavia, sarebbe possibile simulare galassie più piccole, come le galassie nane. Vogliamo anche puntare ai primi ammassi, ovvero agli ammassi di stelle formatisi nell’universo primordiale. I primi ammassi sono luoghi in cui possono nascere gli Imbh».
Per saperne di più:
- Leggi su Science l’articolo “Simulations predict intermediate-mass black hole formation in globular clusters” di Michiko S. Fujii, Long Wang, Ataru Tanikawa, Yutaka Hirai e Takayuki R. Saitoh