La formazione dei buchi neri attraverso collisioni stellari dipende da diversi fattori, come le masse delle stelle coinvolte, la loro dinamica orbitale e le condizioni dell’ambiente circostante. Le collisioni stellari non sono semplicemente eventi casuali; si verificano come risultato di specifici scenari astrofisici.
Uno di questi scenari coinvolge i sistemi stellari binari, in cui due stelle sono legate gravitazionalmente l’una all’altra e orbitano attorno a un centro di massa comune. Se queste stelle sono sufficientemente massicce e le loro orbite sono sufficientemente vicine, possono eventualmente scontrarsi a causa della perdita di momento angolare. La collisione provoca la fusione dei loro nuclei, creando un unico oggetto più massiccio. Se questo oggetto supera la massa critica, collassa sotto la sua stessa gravità, formando un buco nero.
Un altro scenario che può portare a collisioni stellari e alla formazione di buchi neri è noto come incontro dinamico. Ciò si verifica in ambienti stellari densi come i centri delle galassie, dove le stelle si muovono in modo caotico e possono sperimentare incontri ravvicinati tra loro. In questi ambienti, le stelle possono essere scagliate l’una verso l’altra dalle interazioni gravitazionali, dando luogo a collisioni ad alta velocità che possono portare alla formazione di buchi neri.
La velocità con cui le stelle si scontrano e formano i buchi neri dipende da queste condizioni astrofisiche e dalla storia complessiva della formazione stellare dell’universo. Si stima che circa dall'1% al 10% di tutte le stelle massicce (quelle con massa iniziale superiore a 8 masse solari) finiranno per scontrarsi e formare buchi neri. Potrebbe non sembrare una frazione significativa, ma dato il vasto numero di stelle nell’universo, rappresenta comunque una popolazione significativa di buchi neri.
È importante notare che la formazione dei buchi neri attraverso le collisioni stellari è un processo graduale che avviene nel corso di milioni o addirittura miliardi di anni. L'universo ha un "budget" per la formazione del buco nero, determinato dall'evoluzione e dalla dinamica stellare complessiva. Sebbene l’universo esista da circa 13,8 miliardi di anni, il tasso di formazione dei buchi neri non è stato costante nel corso della sua storia. Si ritiene che la maggior parte dei buchi neri si sia formata durante le prime fasi dell’universo, quando i tassi di formazione stellare erano più alti e gli incontri stellari più frequenti.
Mentre l’universo continua ad evolversi, il numero di stelle disponibili per le collisioni diminuisce e il tasso di formazione dei buchi neri rallenta. Ciò significa che l’universo ha un budget limitato per la formazione dei buchi neri e, alla fine, la maggior parte delle stelle si sarà evoluta oltre il punto in cui possono scontrarsi e formare buchi neri.
