A 250 MILIONI DI ANNI LUCE DALLA TERRA

Giri di valzer attorno al buco nero dello Scultore

Secondo un nuovo studio condotto utilizzando le osservazioni in banda X degli osservatori spaziali Chandra della Nasa e Xmm-Newton dell'Esa, le emissioni X ripetute ogni nove ore del buco nero al centro della galassia Gsn 069, nella costellazione dello Scultore, sarebbero il prodotto di tre pasti giornalieri di materia di una stella sopravvissuta alla sua gravità, ora in orbita attorno all'oggetto compatto. Tutti i dettagli su Mnras

     30/04/2020
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Illustrazione artistica che mostra la stella nana bianca (in basso a sinistra) mentre orbita nelle vicinanze del buco nero al centro della galassia Gsn 069 (a destra). Nell’inserto in alto a sinistra, l’emissione X rilevata da Chandra e Xmm-Newton ogni nove ore circa, prodotta  in seguito alla caduta della materia stellare sul disco del buco nero ad ogni passaggio della stella al perielio. Crediti: X-ray: Nasa/Cxo/Csic-Inta/G.Miniutti et al.; Illustrazione: Nasa/Cxc/M. Weiss

In un articolo dello scorso settembre avevamo dato notizia, qui su Media Inaf, dello strano comportamento del “buco nero dello Scultore”: un oggetto compatto con una massa pari a circa 400mila volte quella del Sole – uno dei meno massicci tra i buchi neri supermassicci conosciuti – situato al centro di Gsn 069, una galassia distante 250 milioni di anni luce dalla Terra nella costellazione dello Scultore.  Si trattava di un’emissione in banda X ripetuta ogni 9 ore, rilevata da un team guidato da Giovanni Miniutti del Centro de Astrobiología di Madrid nei dati del telescopio Xmm-Newton dell’Esa. In pratica, tre “ruttini” post-prandiali giornalieri mai osservati prima per un buco nero e per i quali, all’epoca, non c’era ancora una spiegazione. Un nuovo studio condotto utilizzando le osservazioni dei telescopi Chandra della Nasa e Xmm-Newton dell’Esa, pubblicato il mese scorso su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, sembra ora aver trovato una spiegazione a questo comportamento.

Per Andrew King, professsore alla University of Leicester (Regno Unito) e unico autore della pubblicazione, quelle emissioni X ripetute ogni 9 ore provenienti dal buco nero sarebbero i “ruttini” prodotti in seguito a tre pasti giornalieri di materia stellare. La materia d’una stella catturata dalla sua gravità che ha iniziato a orbitarlo alimentandolo a ogni rivoluzione. Per l’esattezza, la materia appartiene a una nana bianca, e cade nel disco che circonda il buco nero ogni qualvolta nella sua orbita –  una ogni nove ore, appunto – essa si trova al perielio, il punto più vicino al buco nero, non più di 15 volte il raggio dell’orizzonte degli eventi. Punto nel quale lo scienziato stima che la coppia possa produrre anche onde gravitazionali.

Dopo quella di S2 attorno a Sagittarius A*  di qualche giorno fa, si tratterebbe quindi di un’altra danza di una stella attorno a un buco nero. Più precisamente, di ciò che rimane di una gigante rossa i cui gli strati esterni sono stati rimossi e divorati dal mostro cosmico una volta catturata dalla sua gravità, lasciando solo il nucleo della stella – la nana bianca di cui dicevamo – dal quale continua ad essere sottratta massa.

«Nella mia interpretazione dei dati X», sottolinea King, «la nana bianca è sopravvissuta, ma non è sfuggita. Ora è intrappolata in un’orbita ellittica intorno al buco nero, facendo un giro circa una volta ogni nove ore».

Secondo lo scienziato, date le statistiche sui modelli di traffico cosmico, stelle in orbita attorno a un buco nero dovrebbero essere più comuni delle collisioni dirette tra i due oggetti. Tuttavia, queste potrebbero non essere rilevate per almeno due motivi. Il primo ha a che fare con la massa della stella sopravvissuta: se questa fosse più massiccia, potrebbe impiegare troppo tempo per completare un’orbita attorno a un buco nero affinché gli astronomi possano vedere emissioni di raggi X ripetute. Il secondo motivo ha a che fare invece con la massa del buco nero: buchi neri supermassicci molto più grandi di quello nella galassia Gsn 069 potrebbero, infatti, ingoiare direttamente la stella. In questi casi non si osserverebbe nulla.

«In termini astronomici, questo evento è visibile ai nostri telescopi per un breve periodo, circa 2.000 anni», osserva King. «Quindi, a meno che non siamo stati straordinariamente fortunati ad averlo catturato, ci potrebbero essere molti altri eventi che ci mancano. Tali incontri potrebbero essere uno dei modi principali con cui si accrescono i buchi neri dalle dimensioni di quello nella galassia Gsn 069».

Ma qual è il futuro della nana bianca e della sua orbita attorno al buco nero? Secondo lo scienziato, l’effetto combinato delle onde gravitazionali e il cambiamento delle dimensioni della stella man mano che perde massa dovrebbero far sì che l’orbita diventi più circolare e di maggiori dimensioni. Col tempo, inoltre, la velocità con la quale la stella perde massa diminuisce costantemente, e aumenta la sua distanza dal buco nero. «Farà di tutto per scappare», dice a questo proposito King «ma non c’è scampo. Il buco nero la mangerà sempre più lentamente, ma non si fermerà mai. In linea di principio, questa perdita di massa continuerà fino a quando la nana bianca non si sarà ridotta alla massa di Giove, tra miliardi di anni, e anche dopo. Questo, per l’universo, sarebbe un modo straordinariamente lento e contorto di creare un pianeta».

King ipotizza anche che la nana bianca abbia una massa che è due decimi di quella del Sole, e che la direzione dell’asse della sua orbita, vista la vicinanza della stella al buco nero, per gli effetti della teoria della relatività generale debba oscillare, debba cioè essere sottoposta a “precessione”, un’oscillazione che dovrebbe ripetersi ogni due giorni e che potrebbe essere rilevabile con osservazioni sufficientemente lunghe.

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