La ricerca congiunta condotta da Michiko Fujii dell'Università di Tokyo dimostra un possibile meccanismo di formazione di buchi neri di massa intermedia negli ammassi globulari, ammassi stellari che potrebbero contenere decine di migliaia o addirittura milioni di stelle fitte.
Le prime simulazioni di formazione di ammassi massicci stella per stella hanno rivelato che nubi molecolari sufficientemente dense, i “nidi di nascita” degli ammassi stellari, possono dare vita a stelle molto massicce che si evolvono in buchi neri di massa intermedia. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Science .
"Precedenti osservazioni hanno suggerito che alcuni ammassi stellari massicci (ammassi globulari) ospitano un buco nero di massa intermedia (IMBH)", spiega Fujii la motivazione del progetto di ricerca. "Un IMBH è un buco nero con una massa di 100-10.000 masse solari. Finora, non ci sono prove teoriche forti per dimostrare l'esistenza di IMBH con 1.000-10.000 masse solari rispetto a meno massicci (massa stellare) e più massicci (supermassicci)."
I nidi da parto potrebbero evocare immagini di calore e tranquillità. Non così con le stelle. Gli ammassi globulari si formano in tumulto. Le differenze di densità causano innanzitutto la collisione e la fusione delle stelle. Mentre le stelle continuano a fondersi e crescere, le forze gravitazionali crescono con loro.
Le ripetute collisioni stellari nella densa regione centrale degli ammassi globulari sono chiamate collisioni incontrollate. Possono portare alla nascita di stelle molto massicce con più di 1000 masse solari. Queste stelle potrebbero potenzialmente evolversi in IMBH. Tuttavia, simulazioni precedenti di ammassi già formati suggerivano che i venti stellari spazzassero via gran parte della loro massa, lasciandoli troppo piccoli. Per verificare se gli IMBH potessero "sopravvivere", i ricercatori dovevano simulare un ammasso mentre si stava ancora formando.
"Le simulazioni di formazione di ammassi stellari erano impegnative a causa dei costi di simulazione", afferma Fujii.
"Noi, per la prima volta, abbiamo eseguito con successo simulazioni numeriche della formazione di ammassi globulari, modellando le singole stelle. Risolvendo le singole stelle con una massa realistica per ciascuna, abbiamo potuto ricostruire le collisioni delle stelle in un ambiente fitto. Per queste simulazioni, abbiamo hanno sviluppato un nuovo codice di simulazione, in cui potremmo integrare milioni di stelle con elevata precisione."
Nella simulazione, le collisioni fuori controllo hanno infatti portato alla formazione di stelle molto massicce che si sono evolute in buchi neri di massa intermedia. I ricercatori hanno anche scoperto che il rapporto di massa tra l'ammasso e l'IMBH corrispondeva a quello delle osservazioni che originariamente motivavano il progetto.
"Il nostro obiettivo finale è simulare intere galassie risolvendo singole stelle", afferma Fujii.
"È ancora difficile simulare galassie delle dimensioni della Via Lattea risolvendo singole stelle utilizzando i supercomputer attualmente disponibili. Tuttavia, sarebbe possibile simulare galassie più piccole come le galassie nane. Vogliamo anche prendere di mira i primi ammassi, ammassi stellari formatisi nel universo primordiale. I primi ammassi sono anche luoghi in cui possono nascere gli IMBH."
