I buchi neri sono una delle forze più impressionanti e misteriose della natura. Allo stesso tempo, sono fondamentali per la nostra comprensione dell'astrofisica. I buchi neri non sono solo il risultato di stelle particolarmente massicce che superano la fine della loro vita, ma sono anche la chiave per la nostra comprensione della relatività generale e si ritiene che abbiano avuto un ruolo nell'evoluzione cosmica.
Per questo motivo, gli astronomi hanno cercato diligentemente di creare un censimento dei buchi neri nella galassia della Via Lattea per molti anni. Tuttavia, una nuova ricerca indica che gli astronomi potrebbero aver trascurato un'intera classe di buchi neri. Questo deriva da una recente scoperta in cui un team di astronomi ha osservato un buco nero che è poco più di tre masse solari, rendendolo il più piccolo buco nero scoperto fino ad oggi.
Lo studio, "Un buco nero a bassa massa non interagente - sistema binario a stella gigante", è recentemente apparso sul diario Scienza. Il team responsabile era guidato da astronomi della Ohio State University e comprendeva membri del Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian, The Observatories of the Carnegie Institution for Science, Dark Dark Cosmology Center e numerosi osservatori e università.
La scoperta è stata particolarmente degna di nota perché ha identificato un oggetto che in precedenza gli astrofisici non sapevano esistesse. Di conseguenza, gli scienziati sono ora costretti a riconsiderare ciò che pensavano di sapere sulla popolazione di buchi neri nella nostra galassia. Come ha spiegato Todd Thompson, professore di astronomia presso la Ohio State University e autore principale dello studio:
"Stiamo mostrando questo suggerimento che esiste un'altra popolazione là fuori che dobbiamo ancora sondare davvero nella ricerca dei buchi neri. Le persone stanno cercando di capire le esplosioni di supernova, come esplodono le stelle nere supermassicci, come si sono formati gli elementi in stelle supermassicci. Quindi, se potessimo rivelare una nuova popolazione di buchi neri, ci dirà di più su quali stelle esplodono, quali no, che formano buchi neri, che formano stelle di neutroni. Apre una nuova area di studio. "
A causa dell'influenza che esercitano sullo spazio e sul tempo, gli astronomi sono da tempo alla ricerca di buchi neri e stelle di neutroni. Poiché sono anche ciò che risulta quando le stelle muoiono, potrebbero anche fornire informazioni sui cicli di vita delle stelle e su come si formano gli elementi. Per fare ciò, gli astronomi devono prima determinare dove si trovano i buchi neri nella nostra galassia, il che richiede che sappiano cosa cercare.
Un modo per trovarli è cercare i sistemi binari, in cui due stelle sono bloccate in orbita tra loro a causa della loro gravità reciproca. Quando una di queste stelle subisce un collasso gravitazionale verso la fine della sua vita, collassa per formare una stella di neutroni o un buco nero. Se la stella compagna ha raggiunto la Red Branch Phase (RBP) della sua evoluzione, si espanderà considerevolmente.
Questa espansione farà sì che il gigante rosso diventi soggetto al suo buco nero o compagno di stelle di neutroni. Ciò comporterà l'estrazione del materiale dalla superficie del primo e il suo lento consumo. Ciò è evidenziato dal calore e dai raggi X emessi quando il materiale proveniente dalla stella viene accumulato sul suo compagno di buco nero.
Fino ad ora, tutti i buchi neri nella nostra galassia identificati dagli astronomi erano tra le cinque e le quindici masse solari. Le stelle di neutroni, al contrario, non sono generalmente più grandi di circa 2,1 masse solari, poiché qualsiasi cosa più grande di 2,5 masse solari collasserebbe per formare un buco nero. Quando LIGO e la Vergine hanno rilevato congiuntamente le onde gravitazionali causate da una fusione del buco nero, erano rispettivamente 31 e 25 masse solari.
Ciò ha dimostrato che i buchi neri potrebbero verificarsi al di fuori di ciò che gli astronomi consideravano il range normale. Come Thompson ha detto:
"Immediatamente, tutti erano come" wow ", perché era una cosa così spettacolare. Non solo perché ha dimostrato che LIGO ha funzionato, ma perché le masse erano enormi. I buchi neri di quelle dimensioni sono un grosso problema - non li avevamo mai visti prima. "
Questa scoperta ha ispirato Thompson e i suoi colleghi a considerare la possibilità che potessero esserci oggetti da scoprire tra le stelle di neutroni più grandi e i più piccoli buchi neri. Per indagare su questo, hanno iniziato a combinare i dati dell'Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) - un sondaggio astronomico che raccoglie spettri da circa 100.000 stelle attraverso la galassia.
Thompson e i suoi colleghi hanno esaminato questi spettri alla ricerca di segni di cambiamenti che indicherebbero se una stella potesse essere in orbita attorno a un altro oggetto. In particolare, se una stella stesse mostrando segni di spostamento Doppler - dove i suoi spettri si alterneranno tra lo spostamento verso l'estremità più blu e le lunghezze d'onda più rosse - ciò indicherebbe che potrebbe essere in orbita attorno a un compagno invisibile.
Questo metodo è uno dei mezzi più efficaci e popolari per determinare se una stella ha un sistema orbitante di pianeti. Quando i pianeti orbitano attorno a una stella, esercitano su di essa una forza gravitazionale che la fa muovere avanti e indietro. Lo stesso tipo di spostamento è stato utilizzato da Thompson e dai suoi colleghi per determinare se una delle stelle di APOGEE potesse orbitare attorno a un buco nero.
È iniziato con Thompson che ha ridotto i dati APOGEE a 200 candidati, il che si è rivelato il più interessante. Ha quindi fornito i dati a Tharindu Jayasinghe (un ricercatore associato presso lo Stato dell'Ohio) che ha quindi utilizzato i dati dell'All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) - che è gestito da OSU e ha trovato oltre 1.000 supernove - per compilare migliaia di immagini di ciascun candidato.
Ciò rivelò una gigantesca stella rossa che sembrava orbitare in qualcosa di molto più piccolo di qualsiasi buco nero noto, ma molto più grande di qualsiasi stella di neutroni conosciuta. Dopo aver combinato i risultati con i dati aggiuntivi del Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph (TRES) e del satellite Gaia, si sono resi conto di aver trovato un buco nero circa 3,3 volte la massa del Sole.
Questo risultato non solo conferma l'esistenza di una nuova classe di buco nero a bassa massa, ma ha anche fornito un nuovo metodo per localizzarli. Come Thompson ha spiegato:
"Quello che abbiamo fatto qui è stato escogitare un nuovo modo di cercare i buchi neri, ma abbiamo anche potenzialmente identificato uno dei primi di una nuova classe di buchi neri a bassa massa di cui gli astronomi non avevano mai saputo nulla. Le masse di cose ci raccontano della loro formazione ed evoluzione e ci raccontano della loro natura ”.
