AGI - Una attesa lunga ma profiqua. Dopo oltre vent'anni di osservazioni e decenni di ricerche, gli astronomi hanno individuato il primo buco nero di massa stellare nell'ammasso globulare Omega Centauri, uno dei sistemi stellari più massicci e antichi della Via Lattea.
Il risultato, ottenuto analizzando dati d'archivio del telescopio spaziale Hubble della Nasa/Esa e nuove osservazioni del James Webb Space Telescope, contribuisce a risolvere uno dei principali enigmi dell'astrofisica: dove si trovano le migliaia di buchi neri che i modelli teorici prevedono debbano essere presenti nell'ammasso. Lo studio è pubblicato su 'The Astrophysical Journal Letters'. Omega Centauri contiene circa dieci milioni di stelle legate gravitazionalmente. Negli anni scorsi, Hubble aveva già fornito indizi dell'esistenza di un buco nero di massa intermedia al centro dell'ammasso, ma le simulazioni indicano che al suo interno dovrebbero trovarsi anche circa 10mila buchi neri di massa stellare, residui dell'esplosione di stelle massicce. Fino a oggi nessuno era stato identificato con certezza.
Il nuovo studio ha utilizzato una tecnica diversa rispetto ai precedenti tentativi. Invece di cercare emissioni radio o raggi X prodotti dal materiale in caduta verso il buco nero, i ricercatori hanno applicato l'astrometria, misurando con estrema precisione i minuscoli spostamenti delle stelle nel corso di oltre vent'anni. L'analisi ha permesso di individuare una stella che orbita attorno a un oggetto invisibile troppo massiccio per essere una stella di neutroni.
Il nuovo oggetto, denominato oMEGACat BH-2, rappresenta il primo buco nero di massa stellare confermato all'interno di Omega Centauri. Ha una massa pari a circa 4,5 volte quella del Sole, inferiore a quanto previsto dai modelli per un ambiente povero di elementi pesanti come questo ammasso. Anche il sistema binario presenta una caratteristica eccezionale: la stella compie un'orbita completa attorno al buco nero ogni 94 anni, il periodo orbitale più lungo mai osservato per un sistema binario con un buco nero. "Con i dati combinati di Hubble e Webb siamo riusciti a misurare il moto della stella con una precisione straordinaria, pari a una frazione di pixel dei rivelatori dei due telescopi - spiega il primo autore Matthew Whitaker dell'Universita' dello Utah - senza questi due osservatori spaziali questa scoperta non sarebbe stata possibile".
L'analisi aggiorna anche una precedente interpretazione che attribuiva il sistema a una stella di neutroni. L'estensione della serie temporale delle osservazioni, dal 2002 al 2023, insieme ai dati infrarossi di Webb, ha consentito di determinare con maggiore precisione la massa del compagno invisibile, incompatibile con una stella di neutroni ma coerente con un buco nero.
Secondo Anil Seth, coautore dello studio, il risultato è particolarmente interessante perché dimostra che anche stelle nate in ambienti poveri di metalli possono produrre buchi neri relativamente leggeri, un aspetto che i modelli teorici dovranno ora spiegare meglio. La lunga orbita suggerisce inoltre che il sistema si sia formato dinamicamente all'interno dell'ammasso: il buco nero e la stella non sarebbero nati insieme, ma si sarebbero catturati reciprocamente durante incontri gravitazionali con altre stelle. I ricercatori stimano che questo sistema sopravviverà per meno di un miliardo di anni prima di essere distrutto da nuove interazioni gravitazionali, un tempo molto inferiore ai circa 12 miliardi di anni di eta' di Omega Centauri. Comprendere la popolazione di buchi neri presenti negli ammassi globulari è fondamentale anche per interpretare le onde gravitazionali osservate negli ultimi anni, poiché questi ambienti sono considerati tra i principali luoghi in cui sistemi binari di buchi neri possono formarsi e successivamente fondersi.
Per il team la scoperta rappresenta soltanto il primo passo. La nuova analisi astrometrica del progetto oMEGACat, resa possibile dall'eccezionale archivio di osservazioni di Hubble e dal contributo del James Webb Space Telescope, potrebbe infatti portare all'identificazione di molti altri buchi neri finora rimasti invisibili all'interno degli ammassi globulari.