Gli scienziati si aspettavano di trovare un buco nero di massa intermedia nel cuore dell'ammasso globulare NGC 6397, ma invece hanno trovato prove di una concentrazione di buchi neri più piccoli in agguato lì. Nuovi dati dal telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA hanno portato alla prima misurazione dell'estensione di una collezione di buchi neri in un ammasso globulare collassato. Questa è un'impressione artistica creata per visualizzare la concentrazione di buchi neri al centro di NGC 6397. In realtà, i piccoli buchi neri qui sono troppo piccoli per le capacità di osservazione diretta di qualsiasi telescopio futuro esistente o pianificato, compreso Hubble. Si prevede che questo ammasso globulare collassato potrebbe ospitare più di 20 buchi neri. Credito:ESA/Hubble, N. Bartmann
Gli ammassi globulari sono sistemi stellari estremamente densi, in cui le stelle sono ammassate strettamente insieme. Sono anche in genere molto vecchi:l'ammasso globulare che è al centro di questo studio, NGC 6397, è vecchio quasi quanto l'Universo stesso. Risiede a 7800 anni luce di distanza, rendendolo uno degli ammassi globulari più vicini alla Terra. A causa del suo nucleo molto denso, è noto come cluster collassato del nucleo.
Quando Eduardo Vitral e Gary A. Mamon dell'Institut d'Astrophysique de Paris hanno deciso di studiare il nucleo di NGC 6397, si aspettavano di trovare prove per un buco nero di "massa intermedia" (IMBH). Questi sono più piccoli dei buchi neri supermassicci che si trovano nei nuclei delle grandi galassie, ma più grandi dei buchi neri di massa stellare formati dal collasso di stelle massicce. Gli IMBH sono l'anello mancante a lungo cercato nell'evoluzione dei buchi neri e la loro semplice esistenza è oggetto di accesi dibattiti, anche se sono stati trovati alcuni candidati.
Per cercare l'IMBH, Vitral e Mamon hanno analizzato le posizioni e le velocità delle stelle dell'ammasso. Lo hanno fatto usando stime precedenti dei moti propri delle stelle dalle immagini di Hubble dell'ammasso che abbracciano diversi anni, oltre ai movimenti propri forniti dall'osservatorio spaziale Gaia dell'ESA, che misura con precisione le posizioni, distanze e moti delle stelle. Conoscere la distanza dall'ammasso ha permesso agli astronomi di tradurre i moti propri di queste stelle in velocità.
"La nostra analisi ha indicato che le orbite delle stelle sono quasi casuali in tutto l'ammasso globulare, piuttosto che sistematicamente circolari o molto allungate, " ha spiegato Mamon.
L'immagine di NGC 6397 è composta da una serie di osservazioni prese da luglio 2004 a giugno 2005 con la Advanced Camera for Surveys di Hubble. Il team di ricerca ha utilizzato la Wide Field Camera 3 di Hubble per misurare la distanza dall'ammasso. Credito:NASA, ESA, e T. Brown e S. Casertano (STScI). Riconoscimento:NASA, ESA, e J. Anderson (STScI)
"Abbiamo trovato prove molto forti della massa invisibile nelle dense regioni centrali dell'ammasso, ma siamo rimasti sorpresi nello scoprire che questa massa extra non è puntiforme ma estesa a una piccola percentuale della dimensione dell'ammasso, " ha aggiunto Vitral.
Questa componente invisibile poteva essere costituita solo dai resti (nane bianche, stelle di neutroni, e buchi neri) di stelle massicce le cui regioni interne sono collassate sotto la loro stessa gravità una volta esaurito il loro combustibile nucleare. Le stelle affondarono progressivamente al centro dell'ammasso dopo interazioni gravitazionali con stelle vicine meno massicce, portando alla piccola misura della concentrazione di massa invisibile. Utilizzando la teoria dell'evoluzione stellare, gli scienziati hanno concluso che la maggior parte della concentrazione invisibile è costituita da buchi neri di massa stellare, piuttosto che nane bianche o stelle di neutroni troppo deboli per essere osservate.
Due recenti studi avevano anche proposto che resti stellari e in particolare, buchi neri di massa stellare, potrebbe popolare le regioni interne degli ammassi globulari.
"Il nostro studio è la prima scoperta a fornire sia la massa che l'estensione di quella che sembra essere una raccolta di buchi neri per lo più in un ammasso globulare collassato, ", ha detto Vitral.
"La nostra analisi non sarebbe stata possibile senza avere sia i dati di Hubble per vincolare le regioni interne dell'ammasso sia i dati di Gaia per vincolare le forme orbitali delle stelle esterne, che a loro volta limitano indirettamente le velocità delle stelle in primo piano e sullo sfondo nelle regioni interne, "aggiunse Mamon, attestante una collaborazione internazionale esemplare.
Gli astronomi notano anche che questa scoperta solleva la questione se le fusioni di questi buchi neri fitti in ammassi globulari collassati possano essere un'importante fonte di onde gravitazionali recentemente rilevate dall'esperimento LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).
