XMM-Newton cattura il lamento a raggi-X di una stella smembrata da un buco nero

Mai fino a oggi si era riusciti ad osservare così vicino a un buco nero, grazie anche a un telescopio europeo e a scienziati italiani.

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Illustrazione: non è possibile raccogliere informazioni su ciò che accade oltre il cosiddetto orizzonte degli eventi di un buco nero, perché la forza di gravità è così forte che nulla sfugge. Quando però una stella passa abbastanza vicino all'oggetto-mostro da essere catturata e smembrata da quelle forze, emette una sorta di lamento cosmico in forma di raggi-X. È studiando queste emissioni che possiamo apprendere qualcosa sui buchi neri. | Nasa

Grazie al telescopio spaziale XMM-Newton, dell'Agenzia spaziale europea (Esa), un gruppo di astronomi ha seguito l'evoluzione di un buco nero mentre divorava una stella e, rilevando i segnali eccezionalmente luminosi e stabili che arrivavano da questo evento, hanno potuto determinare la velocità di rotazione del buco nero stesso (i risultati dello studio sulle osservazioni fatte a partire dal 2014, quando è stato rilevato l'evento, sono pubblicati su Science). È noto che vi sono buchi neri al centro di tutte le galassie massicce dell'Universo, strettamente correlati alle proprietà delle galassie stesse. Per questo motivo conoscere il loro comportamento permette anche di comprendere meglio le caratteristiche di galassie lontane.

 

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La galassia ASASSN-14li, che ospita il buco nero studiato ai raggi-X. | Esa

La forza di gravità esercitata dai buchi neri massicci è tale che può lacerare le stelle che vi si avvicinano troppo. I detriti degli astri smembrati si muovono a spirale verso l'interno del buco nero, si riscaldano ed emettono intensi raggi-X.

 

Nonostante il gran numero di buchi neri che si ipotizza esistano nell'Universo, si suppone che molti siano in regiodi di Spazio relativamente sgombre e perciò non c'è materiale in caduta libera tale da emettere radiazioni rilevabili - per questo sono difficili da studiare. Tuttavia, statisticamente, ogni poche centinaia di migliaia di anni una stella passa abbastanza vicino a un buco nero da esserne attratta e lacerata. Questo offre una breve finestra di opportunità per studiare alcune proprietà fondamentali di questi oggetti, come la massa e la velocità di rotazione.

 

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Dheeraj Pasham, del Kavli Institute for Astrophysics and Space Research del MIT, coordinatore dello studio, afferma che «è molto difficile calcolare la velocità di rotazione di un buco nero, perché gli effetti della rotazione emergono solo molto vicino ad esso, dove la gravità è immensamente elevata, e dunque è difficile fare analisi corrette. Tuttavia i modelli mostrano che la massa di una stella smembrata dal buco nero si deposita in una sorta di disco che emette una grande quantità di raggi-X. Da tempo abbiamo capito che analizzare queste emissioni permette di studiare la rotazione di un buco nero, ma fino a oggi le osservazioni non erano abbastanza sensibili per esplorare in modo affidabile quella regione a forte gravità».

 

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Il buco nero ai raggi-X, così com'è stato "visto" da XMM-Newton. | Esa

Velocità relativistiche. Grazie all'evento chiamato ASASSN-14li, scoperto dall'All-Sky Automated Survey per SuperNovae (ASASSN), si è aperto uno spiraglio per studiare un buco nero con una massa di almeno un milione di volte maggiore di quella del Sole. «Per noi, ASASSN-14li è la stele di rosetta per questo tipo di eventi», spiega Dheeraj Pasham: «tutte le proprietà del fenomeno sono state studiate con i principali telescopi a raggi-X attualmente operativi.»

 

Nel gruppo di telescopi c'è anche quello dell'Esa. I segnali a raggi-x sono stati sorprendentemente intensi e hanno oscillato con un periodo di 131 secondi per 450 giorni. Combinando questa informazione con la massa e le dimensioni del buco nero, gli astronomi hanno stimato che ruota a una velocità superiore al 50 per cento della velocità della luce.

 

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«È un risultato eccezionale, ottenuto grazie anche a un segnale così stabile così a lungo, come non era mai stato rilevato prima», spiega Alessia Franchini (università del Nevada): «inoltre, il segnale arrivava proprio da molto vicino all'orizzonte degli eventi del buco nero, quel confine oltre il quale non è possibile osservare più nulla perché la gravità è così forte che non sfugge nulla, nemmeno la luce». Qui sotto, il video "artistico" realizzato dalla Nasa per illustrare eventi del genere studiato:

 

Con questa ricerca e con i risultati ottenuti si apre una nuova porta verso la complessa fisica che si osserva vicino ai buchi neri: andando alla ricerca di fenomeni simili ad ASASSN-14li si potranno ottenere informazioni che forse oggi neppure riusciamo a immaginare.

 

11 gennaio 2019 | Luigi Bignami