I buchi neri sono una parte importante del modo in cui gli astrofisici danno un senso all'universo, così importante che gli scienziati hanno cercato di costruire un censimento di tutti i buchi neri nella galassia della Via Lattea.

Ma una nuova ricerca mostra che la loro ricerca potrebbe aver perso un'intera classe di buchi neri di cui non sapevano l'esistenza.

In uno studio pubblicato oggi sulla rivista Scienza , gli astronomi offrono un nuovo modo per cercare i buchi neri, e mostrare che è possibile che esista una classe di buchi neri più piccola dei più piccoli buchi neri conosciuti nell'universo.

"Stiamo mostrando questo indizio che c'è un'altra popolazione là fuori che dobbiamo ancora sondare davvero nella ricerca di buchi neri, " ha detto Todd Thompson, professore di astronomia presso la Ohio State University e autore principale dello studio.

"Le persone stanno cercando di capire le esplosioni di supernova, come esplodono le stelle nere supermassicce, come si sono formati gli elementi nelle stelle supermassicce. Quindi, se potessimo rivelare una nuova popolazione di buchi neri, ci direbbe di più su quali stelle esplodono, che non lo fanno, che formano buchi neri, che formano le stelle di neutroni. Si apre una nuova area di studio".

Immagina un censimento di una città che contava solo persone alte 5'9" e più alte e immagina che gli addetti al censimento non sapessero nemmeno che esistevano persone più basse di 5'9". I dati di quel censimento sarebbero incompleti, fornire un quadro impreciso della popolazione. Questo è essenzialmente ciò che sta accadendo nella ricerca dei buchi neri, ha detto Thompson.

Gli astronomi sono da tempo alla ricerca di buchi neri, che hanno un'attrazione gravitazionale così feroce che niente, non importa, non le radiazioni:possono sfuggire. I buchi neri si formano quando alcune stelle muoiono, ridursi in se stessi, ed esplodere. Gli astronomi hanno anche cercato stelle di neutroni, piccole, stelle dense che si formano quando alcune stelle muoiono e collassano.

Entrambi potrebbero contenere informazioni interessanti sugli elementi sulla Terra e su come vivono e muoiono le stelle. Ma per scoprire queste informazioni, gli astronomi devono prima capire dove si trovano i buchi neri. E per capire dove sono i buchi neri, hanno bisogno di sapere cosa stanno cercando.

Un indizio:i buchi neri spesso esistono in qualcosa chiamato sistema binario. Ciò significa semplicemente che due stelle sono abbastanza vicine l'una all'altra da essere bloccate insieme dalla gravità in un'orbita reciproca l'una intorno all'altra. Quando una di quelle stelle muore, l'altro può restare, ancora in orbita nello spazio dove un tempo viveva la stella morta, ora un buco nero o una stella di neutroni, e dove si è formato un buco nero o una stella di neutroni.

Per anni, i buchi neri di cui gli scienziati erano a conoscenza erano tutti tra circa cinque e 15 volte la massa del sole. Le stelle di neutroni conosciute non sono generalmente più grandi di circa 2,1 volte la massa del sole:se fossero superiori a 2,5 volte la massa del sole, collasserebbero in un buco nero

Ma nell'estate del 2017 un sondaggio chiamato LIGO, il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, ha visto due buchi neri fondersi insieme in una galassia a circa 1,8 miliardi di anni luce di distanza. Uno di quei buchi neri era circa 31 volte la massa del sole; l'altro circa 25 volte la massa del sole.

"Subito, tutti erano come 'wow, ' perché era una cosa così spettacolare, " ha detto Thompson. "Non solo perché ha dimostrato che LIGO ha funzionato, ma perché le masse erano enormi. I buchi neri di quelle dimensioni sono un grosso problema, non li avevamo mai visti prima".

Thompson e altri astrofisici sospettavano da tempo che i buchi neri potessero avere dimensioni al di fuori dell'intervallo noto, e la scoperta di LIGO ha dimostrato che i buchi neri potrebbero essere più grandi. Ma rimaneva una finestra di dimensioni tra le stelle di neutroni più grandi e i buchi neri più piccoli.

Thompson decise di vedere se poteva risolvere quel mistero.

Lui e altri scienziati hanno iniziato a setacciare i dati di APOGEE, l'esperimento sull'evoluzione galattica dell'Osservatorio Apache Point, che ha raccolto spettri di luce da circa 100, 000 stelle in tutta la Via Lattea. Gli spettri, Thompson si rese conto, potrebbe mostrare se una stella potrebbe orbitare attorno a un altro oggetto:cambiamenti negli spettri, uno spostamento verso lunghezze d'onda più blu, Per esempio, seguito da uno spostamento a lunghezze d'onda più rosse, potrebbe mostrare che una stella stava orbitando attorno a una compagna invisibile.

Thompson ha iniziato a setacciare i dati, cercando stelle che mostrassero quel cambiamento, indicando che potrebbero orbitare attorno a un buco nero.

Quindi, ha ristretto i dati APOGEE a 200 stelle che potrebbero essere le più interessanti. Ha dato i dati a un ricercatore associato presso l'Ohio State, Tharindu Jayasinghe, che ha compilato migliaia di immagini di ogni potenziale sistema binario da ASAS-SN, l'indagine automatizzata All-Sky per le supernovae. (ASAS-SN ha trovato circa 1, 000 supernovae, ed è a corto di Ohio State.)

La loro analisi dei dati ha trovato una stella rossa gigante che sembrava orbitare intorno a qualcosa, ma quel qualcosa, in base ai loro calcoli, era probabilmente molto più piccolo dei buchi neri conosciuti nella Via Lattea, ma molto più grande della maggior parte delle stelle di neutroni conosciute.

Dopo ulteriori calcoli e dati aggiuntivi dal Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph e dal satellite Gaia, si sono resi conto di aver trovato un buco nero di piccola massa, probabilmente circa 3,3 volte la massa del sole.

"Quello che abbiamo fatto qui è trovare un nuovo modo per cercare i buchi neri, ma abbiamo anche potenzialmente identificato uno dei primi di una nuova classe di buchi neri di piccola massa di cui gli astronomi non erano a conoscenza in precedenza." Ha detto Thompson. "Le masse delle cose ci parlano della loro formazione ed evoluzione, e ci raccontano la loro natura."