Hubble scopre una concentrazione di piccoli buchi neri

Gli ammassi globulari sono sistemi stellari estremamente densi, al cui interno, le stelle sono raggruppate. Sono anche tipicamente molto antichi: l’ammasso globulare al centro di questo studio, NGC 6397, è vecchio quasi quanto l’Universo stesso. Risiede a 7800 anni luce di distanza, rendendolo uno degli ammassi globulari più vicini alla Terra. A causa del suo nucleo molto denso, è noto come un cluster collassato.

Quando Eduardo Vitral e Gary A. Mamon dell’Institut d’Astrophysique de Paris hanno deciso di studiare il nucleo di NGC 6397, si aspettavano di trovare prove di un buco nero di “massa intermedia” (IMBH). Questi sono più piccoli dei buchi neri supermassicci che giacciono nei nuclei delle grandi galassie, ma più grandi dei buchi neri di massa stellare formati dal collasso di stelle massicce. Gli IMBH sono l’anello mancante a lungo cercato nell’evoluzione dei buchi neri e la loro mera esistenza è oggetto di accesi dibattiti, sebbene siano stati trovati alcuni esempi.

Per cercare l’IMBH, Vitral e Mamon hanno analizzato le posizioni e le velocità del gruppo di stelle. Sfruttando le immagini tratte da Hubble, hanno utilizzato le stime precedenti dei movimenti delle stelle, e dell’ammasso che esse coprono da diversi anni, oltre ai movimenti forniti dall’osservatorio spaziale Gaia dell’ESA, che misura con precisione le posizioni, le distanze e i movimenti delle stelle. Conoscere la distanza dall’ammasso, ha permesso agli astronomi di tradurre in velocità i giusti movimenti di queste stelle.

“La nostra analisi ha indicato che le orbite delle stelle sono quasi casuali in tutto l’ammasso globulare, piuttosto che sistematicamente circolari o molto allungate“, ha spiegato Mamon.

“Abbiamo trovato prove molto forti di massa invisibile nelle dense regioni centrali dell’ammasso, ma siamo rimasti sorpresi di scoprire che questa massa extra non è puntiforme ma estesa ad una piccola percentuale della dimensione dell’ammasso“, ha aggiunto Vitral.

Questo componente invisibile potrebbe essere costituito solo dai resti (nane bianche, stelle di neutroni e buchi neri) di stelle massicce, le cui regioni interne collassarono sotto la loro stessa gravità una volta esaurito il loro combustibile nucleare. Le stelle sono progressivamente affondate al centro dell’ammasso dopo le interazioni gravitazionali con stelle vicine meno massicce, portando alla piccola estensione della concentrazione di massa invisibile. 

Usando la teoria dell’evoluzione stellare, gli scienziati hanno concluso che la maggior parte della concentrazione invisibile è costituita da buchi neri di massa stellare, piuttosto che da nane bianche o stelle di neutroni che sono troppo deboli per essere osservate.

Due studi recenti avevano anche proposto che i resti stellari, e in particolare i buchi neri di massa stellare, potrebbero popolare le regioni interne degli ammassi globulari.

“Il nostro studio è la prima scoperta a fornire sia la massa che l’estensione di quello che sembra essere un insieme di buchi neri per lo più in un ammasso globulare collassato“, ha detto Vitral.

“La nostra analisi non sarebbe stata possibile senza avere sia i dati di Hubble, per osservare le regioni interne dell’ammasso, sia i dati di Gaia per le forme orbitali delle stelle esterne, che a loro volta indicano indirettamente le velocità delle stelle di primo piano e di sfondo nel regioni interne“, ha aggiunto Mamon, attestando una collaborazione internazionale esemplare.

Gli astronomi hanno notato che questa scoperta ha sollevato la questione riguardanti le fusioni di questi buchi neri fitti in ammassi globulari collassati dal nucleo. Ci si è chiesto se questi possano essere un’importante fonte di onde gravitazionali recentemente rilevate dall’esperimento Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).

Fonte: https://phys.org/news/2021-02-hubble-uncovers-small-black-holes.html