In natura i buchi neri variano in massa. Abbiamo osservato buchi stellari, da una a qualche decina di masse solari, e buchi neri supermassicci, di milioni o miliardi di masse solari, che si trovano al centro delle galassie. I buchi neri di massa intermedia invece sono più sfuggenti, e finora ne abbiamo scoperti solo alcuni candidati.

La nostra attuale comprensione dell’evoluzione galattica ci fa ipotizzare che le prime galassie avrebbero dovuto avere buchi neri centrali di dimensioni intermedie, che sarebbero cresciuti nel tempo man mano che quelle galassie si evolvevano. Se queste galassie però hanno interrotto la loro crescita, per esempio venendo inghiottite da altre galassie, quei buchi neri  non si sono mai accresciuti.

Un nuovo candidato in questo senso arriva a conclusione di una ricerca recente, guidata dal ricercatore Maximilian Häberle del Max Planck Institute for Astronomy. La ricerca conferma ciò che gli astronomi sospettavano da tempo: Omega Centauri, che noi conosciamo come un ammasso stellare di tipo globulare della Via Lattea, contiene un buco nero centrale di 8200 masse solari, il miglior candidato finora a buco nero di massa intermedia.

Il buco nero è stato identificato a partire dal rapido movimento delle stelle nel cuore dell’ammasso, e rafforza l’ipotesi che Omega Centauri sia in realtà il nucleo di una galassia inghiottita dalla Via Lattea miliardi di anni fa.

Omega Centauri: ammasso o galassia nana?

Omega Centauri è una raccolta di circa dieci milioni di stelle, visibile come una macchia nel cielo notturno dalle latitudini meridionali. Attraverso un piccolo telescopio, non sembra diverso dagli altri ammassi globulari: una raccolta sferica e molto vecchia di stelle, così addensate le une alle altre che diventa impossibile distinguerle singolarmente.

Ma ora, come già era stato a lungo sospettato, questi nuovi risultati tornano a mettere in dubbio la natura di Omega Centauri. E a implicare che esso potrebbe a tutti gli effetti essere il nucleo di una piccola galassia, la cui evoluzione è stata interrotta quando la Via Lattea l’ha inghiottita.

E se un tempo era il nucleo di una galassia, che poi si è fusa con la nostra e ha perso tutto tranne il gruppo centrale di stelle nel processo, le stelle addensate al centro di Omega Centauri e il buco nero centrale sarebbero “congelati nel tempo”: non ci sarebbero ulteriori fusioni, e nessun modo per il buco nero centrale di crescere.

Il buco nero sarebbe preservato nelle dimensioni che aveva quando Omega Centauri è stata inghiottita, fornendo così un vero e proprio scorcio del collegamento mancante tra i primi buchi neri di piccola massa e i successivi buchi neri supermassicci.

La conferma del buco nero centrale

Häberle, che intendeva dimostrare la presenza del buco nero, nel corso degli ultimi anni ha guidato la creazione di un enorme catalogo per i movimenti delle stelle in Omega Centauri, misurando le velocità di 1.4 milioni di astri e studiando oltre 500 immagini di Hubble dell’ammasso. La maggior parte di queste immagini era stata prodotta allo scopo di calibrare gli strumenti di Hubble, piuttosto che per uso scientifico, ma si sono rivelate il set ideale per questa ricerca.

In questo modo, oltre ad aver ottenuto il catalogo più completo del moto delle stelle in Omega Centauri (paper disponibile qui), i ricercatori hanno trovato anche sette stelle rivelatrici e in rapido movimento in una piccola regione al centro dell’ammasso.

Le caratteristiche del moto di quelle stelle in rapido movimento hanno confermato che esse sono veloci a causa della presenza di una massa concentrata nelle vicinanze, entro una regione larga tre mesi luce (tre secondi d’arco). Le immagini non indicano alcun oggetto visibile nella posizione dedotta di quella massa, e questo è ciò che ci si aspetterebbe in presenza di un buco nero.

Tante risposte, ma non abbastanza

Già studi precedenti avevano sollevato alcune domande critiche riguardo la possibile presenza di un buco nero al centro di questo oggetto. Ora queste sette stelle ne danno conferma, e hanno aiutato anche a stimarne la massa: sarebbe di almeno 8200 soli, nella classe di buchi neri di massa intermedia.

A una distanza di circa 18mila anni luce, questo è l’esempio più vicino conosciuto di un buco nero massiccio (e non supermassiccio come Sagittarius A*, al centro della Via Lattea a circa 27mila anni luce da noi). Questa scoperta:

• Promette di risolvere il dibattito sulla presenza di un buco nero di massa intermedia in Omega Centauri.
• Offre il miglior candidato finora a buco nero di massa intermedia.
• Fornisce nuovi importanti indizi sulle origini di Omega Centauri.

Osservazioni successive di queste stelle al centro di Omega Centauri saranno effettuate utilizzando il telescopio spaziale James Webb. E ci sono strumenti futuri, come GRAVITY+ sul Very Large Telescope dell’ESO e MICADO del futuro Extremely Large Telescope, che potrebbero individuare le posizioni stellari in modo ancora più accurato di Hubble.

L’obiettivo a lungo termine è determinare come accelerano le stelle, quindi come curvano le loro orbite, e seguirle nella loro danza attorno a questo buco nero.

L’articolo completo, pubblicato su Nature, è reperibile qui.