Circa 15, 000 anni luce di distanza, in un lontano braccio a spirale della Via Lattea, c'è un buco nero circa 70 volte più pesante del Sole.

Questo è molto sorprendente per gli astronomi come me. Il buco nero sembra troppo grande per essere il prodotto del collasso di una singola stella, che pone domande per le nostre teorie su come si formano i buchi neri.

La nostra squadra, guidato dal professor Jifeng Liu presso gli Osservatori Astronomici Nazionali, Accademia cinese delle scienze, ha soprannominato l'oggetto misterioso LB-1.

Cosa è normale per un buco nero?

Gli astronomi stimano che la nostra galassia da sola contenga circa 100 milioni di buchi neri, creato quando stelle massicce sono collassate negli ultimi 13 miliardi di anni.

La maggior parte di loro sono inattivi e invisibili. Un numero relativamente piccolo sta risucchiando gas da una stella compagna in orbita intorno a loro. Questo gas rilascia energia sotto forma di radiazione che possiamo vedere con i telescopi (principalmente raggi X), spesso accompagnata da venti e getti d'aria.

Fino a qualche anno fa, l'unico modo per individuare un potenziale buco nero era cercare questi raggi X, proveniente da una sorgente puntiforme luminosa.

Circa due dozzine di buchi neri nella nostra galassia sono stati identificati e misurati con questo metodo. sono di diverse dimensioni, ma tutti tra circa cinque e 20 volte più pesanti del Sole.

In genere pensavamo che questa fosse la massa tipica di tutta la popolazione di buchi neri nella Via Lattea. Però, questo potrebbe non essere corretto; i buchi neri attivi potrebbero non essere rappresentativi dell'intera popolazione.

Nuovi strumenti danno vita a una vecchia idea

Per la nostra ricerca del buco nero, abbiamo usato una tecnica diversa.

Abbiamo osservato il cielo con il Large sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST) nel nord-est della Cina, alla ricerca di stelle luminose che si muovono attorno a un oggetto invisibile. Questo ci ha permesso di rilevare l'effetto gravitazionale del buco nero, indipendentemente dal fatto che un gas si muova dalla stella al suo compagno oscuro.

Questa tecnica fu proposta dall'astronomo britannico John Michell nel 1783, quando ha suggerito per la prima volta l'esistenza del buio, stelle compatte orbitanti in un sistema binario con una stella normale.

Però, è diventato praticamente fattibile solo con il recente sviluppo di grandi telescopi che consentono agli astronomi di monitorare il movimento di migliaia di stelle contemporaneamente.

Come abbiamo individuato LB-1

LB-1 è il primo grande risultato della nostra ricerca con LAMOST. Abbiamo visto una stella otto volte più grande del Sole, orbitando attorno a un compagno oscuro circa 70 volte più pesante del Sole. Ogni orbita ha richiesto 79 giorni, e la coppia è circa una volta e mezza distante l'una dall'altra quanto la Terra e il Sole.

Abbiamo misurato il movimento della stella con lievi cambiamenti nella frequenza della luce che abbiamo rilevato provenire da essa, causato da uno spostamento Doppler mentre la stella si muoveva verso la Terra e si allontanava da essa in momenti diversi della sua orbita.

Abbiamo anche fatto lo stesso per un debole bagliore proveniente dal gas idrogeno attorno al buco nero stesso.

Da dove proviene?

Come si è formato LB-1? È improbabile che provenga dal collasso di una singola stella massiccia:pensiamo che qualsiasi grande stella perderebbe più massa a causa dei venti stellari prima di collassare in un buco nero.

Una possibilità è che due buchi neri più piccoli si siano formati indipendentemente da due stelle e poi si siano uniti (o potrebbero ancora orbitare l'uno attorno all'altro).

Un altro scenario più plausibile è che un buco nero stellare "ordinario" sia stato inghiottito da una massiccia stella compagna. Il buco nero inghiottirebbe quindi la maggior parte della stella ospite come una larva di vespa all'interno di un bruco.

La scoperta di LB-1 si adatta perfettamente ai recenti risultati dei rilevatori di onde gravitazionali LIGO-Virgo, che catturano le increspature nello spaziotempo causate dalla collisione di buchi neri stellari in galassie lontane.

I buchi neri coinvolti in tali collisioni sono anche significativamente più pesanti (fino a circa 50 masse solari) rispetto al campione di buchi neri attivi nella Via Lattea. Il nostro avvistamento diretto di LB-1 dimostra che questi buchi neri stellari in sovrappeso esistono anche nella nostra galassia.

La famiglia dei buchi neri

Gli astronomi stanno ancora cercando di quantificare la distribuzione dei buchi neri in tutta la loro gamma di dimensioni.

Buchi neri di peso compreso tra 1, 000 e 100, 000 Soli (i cosiddetti buchi neri di massa intermedia) possono risiedere nel cuore di piccole galassie o in grandi ammassi stellari. Il rivelatore di onde gravitazionali spaziale Laser Interferometer Space Antenna (LISA) (il lancio è previsto per il 2034) cercherà di catturare le loro collisioni.

I buchi neri che pesano da un milione a qualche miliardo di masse solari sono già ben noti, nei nuclei di galassie e quasar più grandi, ma la loro origine è attivamente dibattuta. Siamo ancora molto lontani da una comprensione completa di come si formano i buchi neri, crescere, e influenzare i loro ambienti, ma stiamo facendo rapidi progressi.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.