Circa cento milioni di buchi neri solitari vagano alla deriva tra le stelle della Via Lattea. Tuttavia nessun buco nero isolato, privo di una stella compagna binaria, era mai stato identificato direttamente fino a oggi. Dopo sei anni di osservazioni meticolose, l’Hubble Space Telescope ha ora fornito per la prima volta in assoluto prove dirette di uno di questi buchi neri solitari. Esso si trova a circa 5.000 anni luce da noi, nel braccio a spirale del Sagittario, e si sposta nello spazio interstellare deformandolo a causa della sua potente gravità.

Proprio grazie all’effetto di lente gravitazionale che provoca, il buco nero isolato ha fornito indizi nei dati di Hubble utili a rivelarne la massa, la distanza e la velocità. La sua scoperta consente agli astronomi di stimare che il buco nero di massa stellare isolato più vicino alla Terra potrebbe trovarsi a soli 80 anni luce da noi.

Due diversi team di ricerca hanno utilizzato i dati di Hubble nelle loro indagini. Uno guidato da Kailash Sahu dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, nel Maryland. L’altro da Casey Lam dell’Università della California, Berkeley. I risultati dei due gruppi di ricercatori differiscono leggermente, ma entrambi suggeriscono la presenza di questo invisibile oggetto compatto.

Il buco nero invisibile, alla deriva nella galassia

I buchi neri che vagano solitari attraverso la Via Lattea sono l’esito dell’esplosione di supernova di stelle almeno 20 volte più massicce del nostro Sole. Il loro nucleo residuo, schiacciato dalla gravità, forma un buco nero. Talvolta, se la simmetria della detonazione non è perfetta, questo oggetto cosmico viene sbalzato via nello spazio interstellare.

Poiché non emette luce, un buco nero privo di qualsiasi compagno isolato non è semplice da trovare. Tuttavia, la sua forte gravità deforma lo spazio circostante: devia e amplifica la luce delle stelle. Essa viene raccolta dai telescopi terrestri che cercano se qualche cambiamento nella loro luminosità apparente è causato da un oggetto in primo piano che si sposta davanti a loro.

Uno di questi eventi è mostrato nei quattro primi piani in basso nell’immagine seguente. La freccia indica una stella che si è illuminata momentaneamente, a causa di un buco nero in primo piano che si è spostato lungo la nostra linea di vista. La stella è successivamente tornata alla sua normale luminosità dopo il passaggio del buco nero.  Gli astronomi utilizzano il fenomeno, chiamato microlensing gravitazionale, per studiare stelle ed esopianeti nei circa 30.000 eventi visti finora all’interno della nostra galassia. La firma di un buco nero in primo piano si distingue come unica tra gli altri eventi di microlensing. La gravità molto intensa del buco nero allungherà la durata dell’evento di lensing per oltre 200 giorni.

Il microlensing permette di stimare massa, distanza e velocità

Quando il buco nero isolato è passato davanti a una stella di fondo situata a 19.000 anni luce di distanza nel rigonfiamento galattico, la luce stellare che veniva verso la Terra è stata amplificata per una durata di 270 giorni mentre il buco nero passava. Tuttavia, ci sono voluti diversi anni di osservazioni di Hubble per seguire come la posizione della stella sullo sfondo sembrava essere deviata dalla curvatura della luce del buco nero in primo piano.

La tecnica del microlensing ha fornito informazioni sulla massa, la distanza e la velocità del buco nero.

• La quantità di deflessione dovuta all’intensa deformazione dello spazio ha permesso al team di Sahu di stimare che il buco nero pesa 7 masse solari. Inoltre, viaggerebbe attraverso la galassia a 160.000 chilometri orari (abbastanza veloce da viaggiare dalla Terra alla Luna in meno di tre ore). È più veloce della maggior parte delle altre stelle vicine in quella regione della nostra galassia.
• Il team di Lam riporta un intervallo di massa leggermente inferiore, il che significa che l’oggetto potrebbe essere una stella di neutroni o un buco nero. Stimano che la massa dell’oggetto compatto invisibile sia compresa tra 1,6 e 4,4 volte quella del Sole. Nella fascia alta di questo intervallo l’oggetto sarebbe un buco nero; nella fascia bassa, sarebbe una stella di neutroni.

Nel seguente video (credits: ESA) qualche informazione in più sulla straordinaria scoperta di Hubble.

L’importanza di aver rilevato un buco nero isolato

L’esistenza di buchi neri di massa stellare è nota dall’inizio degli anni ’70, ma tutte le loro misurazioni di massa, fino a ora, sono state effettuate in sistemi stellari binari. In essi il gas della stella compagna cade nel buco nero e viene riscaldato a temperature così elevate da emettere raggi X. Le masse dei buchi neri in sistemi binari a raggi X possono essere stimate attraverso il loro effetto gravitazionale sui loro compagni. Le stime di massa vanno da 5 a 20 masse solari. I buchi neri rilevati in altre galassie dalle onde gravitazionali derivanti dalla fusione tra buchi neri e oggetti compagni sono stati fino a 90 masse solari.

“I rilevamenti di buchi neri isolati forniranno nuove informazioni sulla popolazione di questi oggetti nella Via Lattea” ha affermato Sahu. Si aspetta che il suo programma scoprirà più buchi neri in libertà all’interno della nostra galassia.

Anche se è come cercare un ago in un pagliaio: si prevede che solo uno su poche centinaia di eventi di microlensing sia causato da buchi neri isolati.

I due studi riguardanti la ricerca sono reperibili ai seguenti link:

• An Isolated Stellar-Mass Black Hole Detected Through Astrometric Microlensing

• An isolated mass gap black hole or neutron star detected with astrometric microlensing

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