Spazio

Buchi neri: novità da Cygnus X-1

Tra i buchi neri, è quello con massa più imponente mai scoperto solamente grazie alle emissioni di raggi X. Ed è ancora più massiccio e lontano di quanto si pensava, costringendoci a rivedere le nostre teorie su come si formano questi oggetti.

Un gruppo di astronomi al lavoro sulla ri-analisi dei dati relativi alle caratteristiche del buco nero Cygnus X-1, nella costellazione del Cigno, il primo mai scoperto con una massa di tipo stellare (ossia dello stesso ordine di grandezza di una stella come il Sole), ha scoperto che l'oggetto è di almeno il 50 per cento più massiccio di quanto si pensava. Stando al nuovo studio avrebbe dunque una massa di circa 21 volte quella del Sole, e questo lo rende il buco nero di massa stellare più imponente mai rilevato senza l'uso di onde gravitazionali - ed anche uno stimolo per ripensare a come si formano i buchi neri.

Scoperto nel 1964, Cygnus X-1 apparve fin da subito come una intensa sorgente di raggi X, e la sua natura divenne quasi oggetto di una scommessa tra gli astrofisici Stephen Hawking e Kip Thorne. Alla fine, nel 2011, si arrivò a convalidare l'interpretazione che fosse un buco nero e si capì che l'emissione di raggi X era legata al fatto che il buco nero catturava gas e materiale dalla stella compagna, la supergigante blu variabile S Doradus (HDE 226868).
 
E adesso? Cygnus X-1 divenne così uno dei buchi neri più studiati, e questo ha alimentato la (falsa) convinzione che fosse ben conosciuto: un oggetto a circa 6.070 anni luce di distanza da noi e che - si diceva - doveva avere una massa attorno a 14,8 masse solari, mentre per S Doradus la stima era di circa 24 masse solari. Ora sappiamo che non è così.

Il gruppo di astronomi che ha ripreso a studiare nei dettagli il sistema, utilizzando il Very Long Baseline Array (un insieme di radiotelescopi che, dislocati in varie parti del mondo, funzionano come fossero un singolo radiotelescopio di oltre 8.000 chilometri di diametro), ha scoperto innanzi tutto che il sistema Cygnus X-1 si trova a una distanza maggiore rispetto a quanto si pensava. Questo, di conseguenza, significa che gli oggetti che lo compongono sono significativamente più grandi.

Spiega l'astronomo James Miller-Jones del Centro Internazionale per la Ricerca Radioastronomica (ICRAR) in Australia, tra gli autori che hanno pubblicato i risultati su Science: «Il buco nero ruota attorno a una gigantesca stella compagna con un periodo di pochi giorni. Seguendo per la prima volta l'orbita del buco nero abbiamo ricalcolato la distanza del sistema, ora stimato a oltre 7.000 anni luce dalla Terra. La relazione con altre caratteristiche suggerisce che il buco nero deve avere una massa di oltre 20 volte quella del Sole, e questo mette in discussione le nostre idee su come le stelle massicce si evolvono in buchi neri».


 
Il vecchio primato. In precedenza, il buco nero di massa stellare più massiccio rilevato elettromagneticamente era M33 X-7, con una massa pari a 15,65 volte quella del Sole. Quando l'abbiamo scoperto, anche M33 X-7 ha sfidato i modelli di formazione dei buchi neri. Perché questi oggetti mettono in crisi gli astronomi? Semplicemente perché la loro massa imponente dimostra che, quando la stella massiccia originaria collassò alla fine della sua vita formando il buco nero, perse massa più lentamente e in minor quantità rispetto a quanto suggerito dai modelli consolidati finora.
 
Come 60 Soli. La stella precursore di Cygnus X-1 deve avere avuto una massa di circa 60 masse solari e divenne un buco nero (che oggi sembra ruotare su se stesso a una velocità prossima a quella della luce) senza passare per un'esplosione da supernova, come ci aspettiamo, ma espellendo i gas e collassando su se stessa.
 
Ora il buco nero danza attorno a S Doradus una volta ogni 5,6 giorni. Anche questa stella un giorno potrebbe trasformarsi in un buco nero, formando così un sistema binario di buchi neri, simile a quelli previsti nelle fusioni che generano onde gravitazionali. Ma non sarà domani: sulla base dei dati in loro possesso, gli astronomi pensano che i due buchi neri potrebbero collassare tra non meno di 13 miliardi di anni.

9 marzo 2021 Luigi Bignami
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