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Quattro anni: orbita da record attorno al buco nero

Un team di astronomi dell'Università di Colonia e dell'Università Masaryk di Brno ha scoperto la stella con l'orbita più compatta attorno al buco nero centrale della nostra galassia, la Via Lattea: impiega appena quattro anni a completare un giro. La ricerca è stata realizzata grazie a venti anni di osservazioni con il W. M. Keck Observatory, il Very Large Telescope e il Very Large Telescope Interferometer

     07/07/2022
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Immagine di 16 stelle in orbita attorno al buco nero al centro della Via Lattea, osservate nel 2020 con lo strumento Osiris sul telescopio Keck II, alle Hawai‘i. La posizione e l’orbita della stella S4716 sono indicate in verde chiaro. Crediti: Florian Peißker, University of Cologne

C’è a chi capita più spesso rispetto ad altri, ma prima o poi succede praticamente a tutti di sedersi al cinema o a teatro dietro una persona molto più alta di noi, che ci impedisce di vedere una serie di dettagli sullo schermo o sul palcoscenico. Una cosa non troppo dissimile accade anche agli astronomi che osservano le stelle al centro della nostra galassia, la Via Lattea, che ospita un ammasso stellare molto denso.

L’agglomerato, chiamato ammasso S, contiene oltre un centinaio di stelle – ciascuna indicata dalla lettera S seguita da un numero – che si muovono molto rapidamente attorno a Sagittarius A*, il buco nero supermassiccio nel cuore della galassia. È proprio grazie all’osservazione di queste stelle e dei loro moti, anno dopo anno, che gli astronomi hanno potuto determinare la presenza di un corpo oscuro ed estremamente denso nascosto al centro galattico – scoperta che è valsa ad Andrea Ghez e Reinhard Genzel il Premio Nobel per la Fisica 2020 – la cui natura di buco nero è stata recentemente confermata dalle osservazioni dell’Event Horizon Telescope.

Osservazioni tutt’altro che facili. «Un membro di spicco, S2, si comporta come una persona molto alta seduta di fronte a te al cinema: ti impedisce di vedere ciò che è importante», ha affermato Florian Peißker, ricercatore all’Università di Colonia, in Germania, e primo autore di uno studio che ha svelato una nuova stella in questa regione. «La vista verso il centro della nostra galassia è spesso oscurata da S2. Tuttavia, in brevi istanti possiamo osservare i dintorni del buco nero centrale».

Non si tratta di una stellina qualsiasi. La stella identificata da Peißker e collaboratori, denominata S4716, si è aggiudicata il record per il periodo orbitale più breve intorno al buco nero, completando un’orbita in soli quattro anni. La stella si trova a circa 100 unità astronomiche (u.a.) dal buco nero, ovvero cento volte la distanza media tra la Terra e il Sole, pari a circa 15 miliardi di chilometri.

«Per una stella, trovarsi in un’orbita stabile così vicina e veloce in prossimità di un buco nero supermassiccio era del tutto inaspettato e segna il limite che può essere osservato con i telescopi tradizionali», ha detto Peißker. I risultati sono stati pubblicati su The Astrophysical Journal.

La scoperta batte il record precedente, detenuto dalla stella S4711, che si trova su un’orbita di 7,6 anni attorno al buco nero, scoperta nel 2020 da un team guidato dallo stesso Peißker. Rimane imbattuto invece il record per la stella più rapida della galassia: se S4716 si muove con una velocità di 8mila chilometri al secondo, lo stesso studio del 2020 aveva scovato una vera e propria velocista galattica, la stella S4714, che raggiunge ben 24mila chilometri al secondo nel punto più vicino al buco nero sulla sua orbita molto eccentrica, completando un giro ogni 12 anni.

Il lavoro si basa su dati raccolti, nel corso di venti anni, con due tra gli osservatori più potenti oggi disponibili: il W. M. Keck Observatory, alle isole Hawai‘i, che comprende due telescopi gemelli dal diametro di 10 metri ciascuno, e il Very Large Telescope (Vlt) dell’Eso in Cile, formato da quattro telescopi del diametro di 8,2 metri ognuno, che sono anche stati combinati insieme a formare un telescopio virtuale ma molto efficace – il Very Large Telescope Interferometer (Vlti) – per raggiungere una risoluzione sufficiente per poter distinguere la stella e il suo movimento. Il team ha usato gli strumenti Nirc2 e Osiris all’Osservatorio Keck, Sinfoni e Naco al Vlt, e Gravity sul Vlti, tutti e cinque dotati di ottiche adattive – tecnica che deforma in tempo reale lo specchio secondario del telescopio per compensare l’effetto della turbolenza atmosferica e migliorare significativamente la risoluzione delle immagini.

Queste osservazioni stanno aiutando gli astronomi a comprendere l’origine ed evoluzione delle orbite di queste stelle in rapido movimento nel cuore della Via Lattea. «L’orbita compatta e di breve periodo di S4716 è piuttosto sconcertante», ha detto Michael Zajaček, astrofisico presso l’Università Masaryk di Brno e coautore dello studio. «Le stelle non possono formarsi così facilmente vicino al buco nero. S4716 ha dovuto spostarsi verso l’interno, per esempio avvicinandosi ad altre stelle e oggetti nell’ammasso S, il che ha causato una significativa riduzione della sua orbita».

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