Nel 1916, Karl Schwarzchild teorizzò l'esistenza dei buchi neri come risoluzione delle equazioni di campo di Einstein per la sua teoria della relatività generale. Entro la metà del 20° secolo, gli astronomi iniziarono a rilevare per la prima volta i buchi neri usando metodi indiretti, che consistevano nell'osservare i loro effetti sugli oggetti e sullo spazio circostanti. Dagli anni '80, gli scienziati hanno studiato i buchi neri supermassicci (SMBH), che risiedono al centro delle galassie più massicce dell'universo. E ad aprile 2019, la collaborazione Event Horizon Telescope (EHT) ha rilasciato la prima immagine mai scattata di un SMBH.

Queste osservazioni sono un'opportunità per testare le leggi della fisica nelle condizioni più estreme e offrono approfondimenti sulle forze che hanno plasmato l'universo. Secondo uno studio recente, un team di ricerca internazionale si è basato sui dati dell'Osservatorio Gaia dell'ESA per osservare una stella simile al sole con strane caratteristiche orbitali. A causa della natura della sua orbita, il team ha concluso che doveva far parte di un sistema binario di buchi neri. Questo lo rende il buco nero più vicino al nostro sistema solare e implica l'esistenza di una considerevole popolazione di buchi neri dormienti nella nostra galassia.

La ricerca è stata condotta da Kareem El-Badry, un astrofisico della Harvard Society Fellow con l'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) e il Max Planck Institute for Astronomy (MPIA). È stato raggiunto da ricercatori di CfA, MPIA, Caltech, UC Berkely, Center for Computational Astrophysics (CCA), Weizmann Institute of Science, Observatoire de Paris, Kavli Institute for Astrophysics and Space Research del MIT e diverse università. Il documento che descrive le loro scoperte sarà pubblicato negli Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .

Come ha spiegato El-Badry a Universe Today via e-mail, queste osservazioni facevano parte di una più ampia campagna per identificare i compagni dormienti dei buchi neri nelle stelle normali nella galassia della Via Lattea. "Ho cercato buchi neri dormienti negli ultimi quattro anni utilizzando un'ampia gamma di set di dati e metodi", ha affermato. "I miei precedenti tentativi hanno portato alla luce un variegato serraglio di binari mascherati da buchi neri, ma questa è stata la prima volta che la ricerca ha dato i suoi frutti".

Per il bene di questo studio, El-Badry ei suoi colleghi si sono basati sui dati ottenuti dall'Osservatorio Gaia dell'Agenzia spaziale europea (ESA). Questa missione ha impiegato quasi un decennio a misurare le posizioni, le distanze e i movimenti propri di quasi 1 miliardo di oggetti astronomici, come stelle, pianeti, comete, asteroidi e galassie. Tracciando il movimento degli oggetti mentre orbitano attorno al centro della Via Lattea (una tecnica nota come astrometria), la missione Gaia mira a costruire il catalogo spaziale 3D più accurato mai creato.

Per i loro scopi, El-Badry e i suoi colleghi hanno esaminato tutte le 168.065 stelle nella Gaia Data Release 3 (GDR3) che sembravano avere orbite a due corpi. La loro analisi ha trovato un candidato particolarmente promettente, un tipo G (stella gialla) designato Gaia DR3 4373465352415301632 - per i loro scopi, il team lo ha designato Gaia BH1. Sulla base della sua soluzione orbitale osservata, El-Badry e i suoi colleghi hanno determinato che questa stella deve avere un compagno binario del buco nero. Ha detto El-Badry:

"I dati di Gaia vincolano il modo in cui la stella si muove nel cielo, tracciando un'ellisse mentre orbita attorno al buco nero. La dimensione dell'orbita e il suo periodo ci danno un vincolo sulla massa della sua compagna invisibile, circa 10 masse solari. In per confermare che la soluzione di Gaia è corretta ed escludere alternative non di buco nero, abbiamo osservato la stella spettroscopicamente con diversi altri telescopi. Questo ha rafforzato i nostri vincoli sulla massa del compagno e ha dimostrato che è davvero 'oscuro'".

Per confermare le loro osservazioni, il team ha analizzato le misurazioni della velocità radiale di Gaia BH1 da più telescopi. Ciò includeva lo spettrometro Echelle ad alta risoluzione (HIRES) dell'Osservatorio WM Keck, lo spettrografo FROS (Fibre-fed Extended Range Optical Spectrograph) del telescopio MPG/ESO, lo spettrografo X-Shooter del Very Large Telescope (VLT), gli spettrografi multi-oggetto Gemini (GMOS), lo spettrografo Magellan Echellette (MagE) e il Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST).

Simile al metodo utilizzato per la caccia agli esopianeti (spettroscopia Doppler), gli spettri forniti da questi strumenti hanno permesso al team di osservare e misurare le forze gravitazionali che influenzano la sua orbita. Queste osservazioni di follow-up hanno confermato la soluzione orbitale di Gaia BH1 e che un compagno di circa dieci masse solari stava co-orbitando con essa. Come indicato da El-Badry, questi risultati potrebbero costituire il primo buco nero nella Via Lattea che non è stato osservato in base alle sue emissioni di raggi X o ad altri rilasci energetici:

"I modelli prevedono che la Via Lattea contenga circa 100 milioni di buchi neri. Ma ne abbiamo osservati solo circa 20. Tutti i precedenti che abbiamo osservato sono in 'binari a raggi X':il buco nero sta mangiando una stella compagna , e brilla brillantemente nei raggi X mentre l'energia potenziale gravitazionale di quel materiale viene trasformata in luce. Ma questi rappresentano solo la punta dell'iceberg:una popolazione molto più grande potrebbe nascondersi, nascosta in binari più ampiamente separati. La scoperta di Gaia BH1 brilla prime luci su questa popolazione."

Se confermati, questi risultati potrebbero significare che esiste una robusta popolazione di buchi neri dormienti nella Via Lattea. Questo si riferisce a buchi neri che non sono evidenti da dischi luminosi, esplosioni di radiazioni o getti di ipervelocità che emanano dai loro poli (come spesso accade con i quasar). Se questi oggetti sono onnipresenti nella nostra galassia, le implicazioni per l'evoluzione stellare e galattica potrebbero essere profonde. Tuttavia, è possibile che questo particolare buco nero dormiente sia un valore anomalo e non indicativo di una popolazione più ampia.

Per verificare le loro scoperte, El-Badry e i suoi colleghi attendono con impazienza Gaia Data Release 4 (GDR 4), la cui data è ancora da determinare, che includerà tutti i dati raccolti durante la missione nominale di cinque anni (GDR 4 ). Questa versione includerà i cataloghi astrometrici, fotometrici e di velocità radiale più aggiornati per tutte le stelle, le binarie, le galassie e gli esopianeti osservati. La quinta e ultima versione (GDR 5) includerà i dati della missione nominale ed estesa (tutti i dieci anni).

"Sulla base del tasso di occorrenza del compagno BH implicito da Gaia BH1, abbiamo stimato che il prossimo rilascio di dati Gaia consentirà la scoperta di dozzine di sistemi simili", ha affermato El-Badry. "Con un solo oggetto, è difficile sapere esattamente cosa implica sulla popolazione (potrebbe essere solo uno strano, un colpo di fortuna). Siamo entusiasti degli studi demografici sulla popolazione che saremo in grado di fare con campioni più grandi". + Esplora ulteriormente

La "polizia del buco nero" scopre un buco nero dormiente fuori dalla Via Lattea