Rappresentazione artistica di un buco nero di massa intermedia. Credits: B. Kiziltan / T. Karacan.
Nel corso degli anni, con l’evolversi della ricerca scientifica, gli astronomi hanno rilevato numerosi buchi neri di massa stellare e fino a 100 volte più grandi del Sole. Così come buchi neri supermassicci al centro delle galassie, milioni di volte più massicci della nostra stella. Tuttavia c’è un grande divario nel mezzo: restano ancora inosservati, con solo pochi sospettati all’appello, i buchi neri di massa intermedia.
Ora, all’interno dell’enorme ammasso stellare B023-G078 nella galassia di Andromeda i ricercatori hanno scoperto un buco nero diverso da tutti gli altri. Con centomila masse solari, potrebbe essere un ottimo candidato a buco nero di massa intermedia. Lo studio al riguardo è stato guidato dal ricercatore Renuka Pechetti della Liverpool John Morores University. Secondo la ricerca l’ammasso B023-G078 potrebbe non essere un ammasso globulare come si pensava, ma uno stripped nucleus, un nucleo spoglio di una galassia che è stata fatta a pezzi da Andromeda in passato.
“In precedenza, abbiamo trovato buchi neri all’interno di nuclei spogli che sono molto più grandi di questo. Sapevamo che dovevano esserci buchi neri più piccoli nei nuclei spogli di massa inferiore, ma non ci sono mai state prove dirette” spiega Pechetti. “Penso che da questo sia chiaro che abbiamo finalmente trovato uno di questi oggetti.”
I nuclei spogli sono resti di piccole galassie cadute in galassie più grandi, le cui stelle esterne sono state strappate via dalla violenta forza gravitazionale. Ciò che rimane è un nucleo molto denso e molto piccolo in orbita attorno alla galassia più grande. E al centro di quel nucleo, un buco nero. B023-G078 era noto come un ammasso globulare massiccio, un insieme di stelle distribuite in maniera sferica legate strettamente dalla gravità. Tuttavia la massa complessiva dell’oggetto, di ben 6,2 milioni di masse solari, aveva già insospettito gli scienziati.
“Sapevo che B023-G078 era uno degli oggetti più massicci di Andromeda e pensavo che potesse essere un candidato per un nucleo spoglio. Ma avevamo bisogno di dati per dimostrarlo” spiega Anil Seth, professore associato di astronomia alla Utah University e co-autore dello studio.
“Ci siamo rivolti a vari telescopi per ottenere più osservazioni per molti anni e le mie proposte sono sempre fallite” ha affermato Seth. “Quando abbiamo scoperto un buco nero supermassiccio all’interno di un nucleo spoglio nel 2014, l’Osservatorio Gemini ci ha dato la possibilità di andare a fondo a quest’idea”. Con i nuovi dati dell’Osservatorio Gemini e le immagini del telescopio spaziale Hubble, quindi, Pechetti, Seth e collaboratori hanno calcolato come la massa fosse distribuita all’interno di B023-G078, modellando il suo profilo di luce.
Un ammasso globulare ha un profilo di luce caratteristico, che ha la stessa forma vicino al centro come nelle regioni esterne. B023-G078 invece è diverso. Il profilo sembra appiattirsi spostandosi verso l’esterno. Anche la composizione chimica delle stelle cambia, con elementi più pesanti nelle stelle al centro rispetto a quelli vicino al bordo di quello che si credeva fosse un ammasso. Il motivo è il seguente, spiegato da Seth:
Gli ammassi globulari sostanzialmente si formano allo stesso tempo. Al contrario, questi nuclei spogli possono incorrere in ripetuti episodi di formazione, in cui il gas cade nel centro della galassia e forma le stelle. E altri ammassi stellari possono essere trascinati al centro dalla gravità della galassia. È una specie di discarica per un mucchio di cose diverse… Quindi, le stelle nei nuclei spogli saranno anche chimicamente più complesse che negli ammassi globulari. Ed è quello che abbiamo visto in B023-G078.
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 poi confrontata con i loro dati. Le stelle più veloci orbitavano attorno al centro: in un modello che non includeva alcun buco nero centrale, le stelle risultavano essere troppo lente rispetto ai dati osservativi. Invece, aggiungendo il buco nero le velocità delle stelle corrispondevano perfettamente ai dati. La presenza di un buco nero si aggiunge alle prove della natura di nucleo spogliato di B023-G078. E la cosa interessante è che si tratterebbe di un buco nero di massa intermedia.
“Le velocità stellari ci danno la prova diretta che c’è una specie 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 spoglio, allora deve essere già presente un buco nero, lasciato come residuo della galassia più piccola che è caduta in quella più grande”.
La speranza dei ricercatori è di osservare altri nuclei spogli che potrebbero contenere buchi neri di massa intermedia. Saranno i prossimi studi a cercarli e, si augurano gli scienziati, a rilevarli. Infatti, se quello nell’ammasso di M31 non è un caso isolato, sarebbe l’opportunità di conoscere finalmente più informazioni sulle popolazioni di buchi neri diverse dai loro fratelli più piccoli e più grandi. E anche di tracciare le interazioni passate tra la materia che è andata a costituire le galassie, riuscendo forse finalmente a narrarne l’intera storia.
Lo studio completo, pubblicato su The Astrophysical Journal, è disponibile qui.
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