SPAZIO/ Valsecchi (astrofisica): così abbiamo ricostruito la storia del buco nero più massiccio

Quella che era una predizione matematica di Einstein è stato dimostrato esistere davvero e in gran quantità. FRANCESCA VALSECCHI ce ne spiega lo studio affascinante e misterioso

03.11.2010 - int. Francesca Valsecchi
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I buchi neri sono tra gli oggetti più esotici che la scienza ci permette di conoscere. Essi consistono in una concentrazione talmente elevata di massa che la forza di gravità esercitata impedisce a qualsiasi oggetto, persino alla luce, una volta superato un raggio critico detto “orizzonte degli eventi”, di allontanarsi da esso.

All’inizio erano solo una predizione matematica della teoria della relatività generale di Einstein ma negli ultimi 20-30 anni l’astrofisica ha mostrato che questi oggetti esistono davvero. Anzi, attualmente si crede che l’universo ne sia pieno: ogni galassia dovrebbe ospitare un enorme buco nero al suo centro, con una massa di milioni o addirittura miliardi di volte quella del sole. Uno studio condotto negli ultimi 20 anni ha evidenziato la presenza di uno di questi “mostri cosmici” anche nel centro della nostra galassia, la Via Lattea. Per fortuna possiamo star tranquilli, perché la nostra distanza da esso è di circa 25.000 anni luce, abbastanza da non intimorirci.

Non tutti i buchi neri sono così grandi: ne esistono anche altri di massa simile a quella del Sole, che provengono dal collasso delle stelle più massicce quando raggiungono la fine della loro vita. Di uno di questi si è recentemente occupato un gruppo di astrofisici, guidato da un’italiana, Francesca Valsecchi. Come molti altri nell’universo, questo buco nero non è isolato, ma si accompagna ad un’altra stella, formando quello che gli astronomi chiamano sistema binario. In particolare il sistema studiato è M33 X-7, così denominato perché ospitato all’interno della galassia M33, che ad una distanza di circa 3 milioni di anni luce è una delle più vicine a noi e visibile dai telescopi che operano nei raggi X.

Ci si potrebbe chiedere come è possibile osservare un oggetto che per definizione risucchia qualsiasi cosa, persino la luce. Raggiunta da ilsussidiario.net, Francesca Valsecchi ci ha spiegato: «L’ osservazione di buchi neri è solitamente molto difficile quando essi sono isolati, tuttavia un buco nero può essere una brillante sorgente di raggi X se accoppiato ad una stella a cui può sottrarre materia, come nel caso di M33 X-7. Il materiale stellare infatti, durante la caduta verso il buco nero, si riscalda fino al punto di emettere radiazione X».

Proprio perché in questi sistemi «i buchi neri sono “visibili”, tali sistemi costituiscono un fondamentale laboratorio per il loro studio», continua Francesca. E in particolare M33 X-7, che ha delle caratteristiche che lo rendono del tutto particolare. «Il primo fattore che rende straordinario il sistema binario M33 X-7 è la massa del buco nero che contiene. Quando infatti le masse del sistema M33 X-7 sono state precisamente misurate, nel 2007, il suo buco nero era il più massiccio buco nero stellare noto»:  ben 16 volte il nostro Sole! Un valore di questo genere è difficile da comprendere nel contesto dei modelli attualmente disponibili di questi sistemi binari.

 

«A complicare il tutto, vi sono la massa e luminosità della stella compagna e il periodo orbitale di tre giorni e mezzo, molto breve considerata la massa della stella compagna. Con una massa di circa 70 masse solari, questa stella è la più massiccia mai scoperta in un sistema binario di questo tipo, ma la sua luminosità è minore di quella che ci si aspetterebbe per una stella isolata della stessa massa. Per tutte queste peculiarità M33 X-7 non sembrava avere alcun senso dal punto di vista dell’evoluzione stellare: un autentico enigma!»

In passato già altri gruppi avevano provato a proporre un modello che ricostruisse l’intera storia evolutiva del sistema, ma i modelli fino ad oggi disponibili riuscivano a ricostruire solo alcune delle caratteristiche osservate. Quello presentato recentemente sulla prestigiosa rivista Nature invece è il primo a riuscirci. Per arrivare a questo risultato, il team di scienziati ha compiuto più di 200.000 simulazioni al computer del sistema, cosa che ha richiesto da sola più di due mesi.

Secondo queste simulazioni, all’inizio il sistema era composto da una stella di circa 100 masse solari (quella che oggi è diventata un buco nero) e un’altra di circa 30, molto vicine. Stelle così grandi hanno una vita molto breve, e finiscono molto in fretta il loro “carburante”, l’idrogeno. In particolare nelle fasi finali della sua esistenza la stella più grande si è gonfiata prima di collassare definitivamente in un buco nero. Durante questa fase gli strati esterni le sono stati strappati via dalla compagna, che è cresciuta di massa fino ad assumere il valore attuale. L’accrescimento di massa quando la stella era già formata è uno dei motivi per cui essa è meno luminosa di quello che ci aspettiamo. D’altra parte, la stella è deformata dalla presenza del vicino buco nero e questo fa sì che la temperatura e la luminosità della stella non siano costanti sulla superficie. In particolare, da terra noi vediamo proprio le regioni più fredde della stella e quindi meno luminose.

Lo studio potrà essere utilizzato per futuri lavori sull’evoluzione di sistemi binari. «La comprensione della formazione e dell’evoluzione di un sistema peculiare come M33 X-7 aiuta a fare luce sui processi fisici che si celano dietro la formazione dei buchi neri».

(a cura di Giovanni Rosotti)

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