Gli astronomi hanno scoperto S301, una stella che orbita attorno a Sagittarius A*, il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea, raggiungendo una velocità di circa 25 000 km/s, oltre l’8% della velocità della luce. È la velocità più alta mai misurata per una stella nella nostra Galassia.
S301 è stata individuata grazie a GRAVITY, lo strumento installato sul Very Large Telescope Interferometer (VLTI) dell’ESO, in Cile. Le prime osservazioni risalgono alla primavera del 2023, ma i ricercatori sono riusciti a ricostruire la sua orbita fino al 2017 e a stabilire che completa un giro attorno a Sagittarius A* ogni 8.7 anni.
La sua orbita è molto allungata. Nel punto di massimo avvicinamento S301 passa a circa 12 volte la distanza tra la Terra e il Sole dal buco nero, arrivando quindi più vicino a Sagittarius A* di qualsiasi altra stella osservata finora. È proprio in questa fase che raggiunge la sua velocità massima.
Queste caratteristiche rendono S301 interessante anche per un altro motivo: la stella passa abbastanza vicino al buco nero da permettere agli astronomi di cercare gli effetti prodotti dalla sua rotazione sullo spaziotempo circostante. Seguendo con precisione l’orbita nei prossimi anni, il team spera quindi di riuscire a misurare direttamente la rotazione di Sagittarius A* entro il prossimo decennio.
Una stella per misurare la rotazione di Sagittarius A*
Sagittarius A* ha una massa di circa 4 milioni di volte quella del Sole. Come gli altri buchi neri astrofisici, dovrebbe ruotare, ma misurarne direttamente la rotazione è molto difficile.
Secondo la relatività generale, infatti, un buco nero che ruota modifica lo spaziotempo nelle sue vicinanze e influenza leggermente le orbite degli oggetti che gli passano vicino. È il cosiddetto effetto di trascinamento dello spaziotempo, o effetto Lense-Thirring: più un oggetto si avvicina al buco nero, più questo effetto diventa importante.
Gli astronomi studiano da decenni le stelle che orbitano attorno a Sagittarius A*. Una delle più conosciute è S2, utilizzata negli ultimi anni anche per verificare alcuni effetti previsti dalla relatività generale. S301 passa però molto più vicino al buco nero e segue un’orbita ancora più estrema. Per questo la sua traiettoria dovrebbe risentire maggiormente della rotazione di Sagittarius A*.
Il prossimo passaggio ravvicinato è previsto nel 2031. Le osservazioni con GRAVITY+, insieme a quelle future dell’Extremely Large Telescope dell’ESO, permetteranno di seguire sempre più precisamente il movimento della stella.
L’obiettivo è osservare almeno due orbite complete. Se gli effetti prodotti dalla rotazione del buco nero saranno abbastanza grandi da essere separati dalle altre perturbazioni gravitazionali presenti nel centro galattico, S301 potrebbe permettere di ottenere una misura diretta dello spin di Sagittarius A*. Sarebbe anche un nuovo test della relatività generale in uno degli ambienti gravitazionali più estremi accessibili alle osservazioni.
Come è arrivata S301 così vicino al buco nero?
S301 difficilmente può essersi formata nella posizione in cui la osserviamo oggi. A distanze così ridotte da Sagittarius A*, le forti forze gravitazionali rendono complicato il normale processo con cui una nube di gas collassa fino a formare una stella.
La forma estremamente allungata della sua orbita suggerisce invece una possibile origine diversa. S301 potrebbe aver fatto parte in passato di un sistema formato da due stelle che si è avvicinato troppo a Sagittarius A*.
La gravità del buco nero avrebbe separato le due componenti. Una sarebbe rimasta intrappolata su un’orbita molto stretta attorno a Sagittarius A*, diventando la S301 che osserviamo oggi. L’altra avrebbe invece ricevuto abbastanza energia da essere espulsa dal centro galattico ad altissima velocità, forse sufficiente anche per lasciare la Via Lattea. Questo processo è conosciuto come meccanismo di Hills, ed è compatibile con l’orbita misurata per S301.
Alcuni ricercatori stanno già studiando se la compagna espulsa possa essere una delle stelle iperveloci oggi conosciute, ma al momento non esiste un’associazione confermata.
Per seguire S301 è stato necessario combinare la luce dei quattro telescopi da 8.2 metri del VLT attraverso l’interferometria. La stella è infatti estremamente debole e si trova in una regione del cielo molto affollata. Continuare a osservarla fino al passaggio del 2031 sarà ora fondamentale per determinare la sua orbita con precisione sufficiente a cercare gli effetti della rotazione del buco nero.
Lo studio, pubblicato su Nature, è reperibile qui.
