Per quasi mezzo secolo, gli scienziati hanno sottoscritto la teoria secondo cui quando una stella giunge alla fine del suo ciclo di vita, subirà un collasso gravitazionale. A questo punto, supponendo che sia presente una massa sufficiente, questo collasso innescherà la formazione di un buco nero. Sapere quando e come si formerà un buco nero è stato a lungo qualcosa che gli astronomi hanno cercato.
E perchè no? Poter assistere alla formazione del buco nero non sarebbe solo un evento straordinario, ma porterebbe anche a un tesoro di scoperte scientifiche. E secondo un recente studio condotto da un team di ricercatori della Ohio State University di Columbus, potremmo aver finalmente fatto proprio questo.
Il team di ricerca era guidato da Christopher Kochanek, professore di astronomia e studioso eminente nello stato dell'Ohio. Usando immagini tratte dal Large Binocular Telescope (LBT) e dal Hubble Space Telescope (HST), lui e i suoi colleghi hanno condotto una serie di osservazioni su una stella supergigante rossa chiamata N6946-BH1.
Per spezzare il processo di formazione dei buchi neri, secondo la nostra attuale comprensione dei cicli di vita delle stelle, si forma un buco nero dopo che una stella di massa molto elevata sperimenta una supernova. Questo inizia quando la stella ha esaurito la sua riserva di carburante e quindi subisce un'improvvisa perdita di massa, dove viene sparso il guscio esterno della stella, lasciandosi dietro una stella di neutroni residua.
Questo è quindi seguito da elettroni che si ricollegano agli ioni idrogeno che sono stati espulsi, il che provoca un brillamento luminoso. Quando la fusione dell'idrogeno si interrompe, il residuo stellare inizia a raffreddarsi e sbiadirsi; e alla fine il resto del materiale si condensa per formare un buco nero.
Tuttavia, negli ultimi anni, diversi astronomi hanno ipotizzato che in alcuni casi le stelle sperimenteranno una supernova fallita. In questo scenario, una stella di massa molto elevata termina il suo ciclo di vita trasformandosi in un buco nero senza che si verifichi in anticipo la solita esplosione di energia.
Come ha notato il team dell'Ohio nel loro studio - intitolato "La ricerca di supernovae fallite con il grande telescopio binoculare: conferma di una stella che scompare" - questo potrebbe essere quello che è successo a N6946-BH1, un supergigante rosso che ha 25 volte la massa della nostra Sole situato a 20 milioni di anni luce dalla Terra.
Utilizzando le informazioni ottenute con LBT, il team ha osservato che N6946-BH1 ha mostrato alcuni cambiamenti interessanti nella sua luminosità tra il 2009 e il 2015, quando sono state fatte due osservazioni separate. Nelle immagini del 2009, N6946-BH1 appare come una stella luminosa e isolata. Ciò era coerente con i dati archivistici raccolti dall'HST nel 2007.
Tuttavia, i dati ottenuti dall'LBT nel 2015 hanno mostrato che la stella non era più evidente nella lunghezza d'onda visibile, il che è stato confermato anche dai dati di Hubble dello stesso anno. I dati di LBT hanno anche mostrato che per diversi mesi nel 2009, la stella ha avuto una breve ma intensa riacutizzazione, in cui è diventata un milione di volte più luminosa del nostro Sole, per poi svanire costantemente.
Hanno anche consultato i dati del sondaggio Palomar Transit Factory (PTF) per il confronto, nonché le osservazioni fatte da Ron Arbor (un astronomo dilettante britannico e cacciatore di supernova). In entrambi i casi, le osservazioni hanno mostrato evidenza di un bagliore durante un breve periodo nel 2009 seguito da una costante dissolvenza.
Alla fine, queste informazioni erano tutte coerenti con il modello del buco nero supernovae fallito. Come Prof. Kochanek, l'autore principale del documento del gruppo - - ha detto a Space Magazine via e-mail:
“Nell'immagine di supernova / buco nero fallita di questo evento, il transitorio è guidato dalla supernova fallita. La stella che vediamo prima dell'evento è un supergigante rosso - quindi hai un nucleo compatto (dimensione della ~ terra) fuori dal guscio che brucia idrogeno, e poi un enorme, gonfio involucro esteso per lo più di idrogeno che potrebbe estendersi fino alla scala di Giove orbita. Questa busta è debolmente legata alla stella. Quando il nucleo della stella collassa, la massa gravitazionale diminuisce di qualche decimo della massa del sole a causa dell'energia trasportata dai neutrini. Questa caduta nella gravità della stella è sufficiente per inviare una debole onda d'urto attraverso l'involucro gonfio che la manda alla deriva. Questo produce un transitorio freddo, a bassa luminosità (rispetto a una supernova, circa un milione di volte la luminosità del sole) che dura circa un anno ed è alimentato dall'energia di ricombinazione. Tutti gli atomi nell'involucro gonfio sono stati ionizzati - elettroni non legati agli atomi - quando l'involucro espulso si espande e si raffredda, tutti gli elettroni si legano di nuovo agli atomi, il che libera l'energia per alimentare il transitorio. Ciò che vediamo nei dati è coerente con questa immagine. "
Naturalmente, il team ha considerato tutte le possibilità disponibili per spiegare l'improvvisa "scomparsa" della stella. Ciò includeva la possibilità che la stella fosse avvolta da così tanta polvere che la sua luce ottica / UV veniva assorbita e riemessa. Ma come hanno scoperto, questo non era in accordo con le loro osservazioni.
"L'essenza è che nessun modello che usa la polvere per nascondere la stella funziona davvero, quindi sembrerebbe che qualunque cosa sia ora deve essere molto meno luminosa di quella stella preesistente." Spiegò Kochanek. "Nel contesto del modello supernova fallito, la luce residua è coerente con il decadimento tardivo dell'emissione dal materiale che si accumula sul buco nero appena formato."
Naturalmente, saranno necessarie ulteriori osservazioni prima di poter sapere se questo è avvenuto o meno. Ciò comporterebbe molto probabilmente missioni a raggi infrarossi e a raggi X, come lo Spitzer Space Telescope e l'osservatorio a raggi X di Chandra, o uno dei tanti telescopi spaziali di prossima generazione che verranno implementati nei prossimi anni.
Inoltre, Kochanek e i suoi colleghi sperano di continuare a monitorare il possibile buco nero usando l'LBT, e visitando nuovamente l'oggetto con l'HST tra circa un anno. "Se è vero, dovremmo continuare a vedere l'oggetto svanire con il tempo", ha detto.
Inutile dire che, se fosse vero, questa scoperta sarebbe un evento senza precedenti nella storia dell'astronomia. E la notizia ha sicuramente raccolto la sua parte di eccitazione da parte della comunità scientifica. Come Avi Loeb - un professore di astronomia all'Università di Harvard - ha espresso a Space Magazine via e-mail:
“L'annuncio sulla potenziale scoperta di una stella che è crollata per creare un buco nero è molto interessante. Se vero, sarà la prima vista diretta della sala parto di un buco nero. L'immagine è in qualche modo disordinata (come in qualsiasi sala parto), con incertezze sulle proprietà del bambino che è stato consegnato. Il modo per confermare che è nato un buco nero è rilevare i raggi X.
“Sappiamo che esistono buchi neri di massa stellare, di recente grazie alla scoperta delle onde gravitazionali dalla loro coalescenza da parte del team LIGO. Quasi ottant'anni fa Robert Oppenheimer e i suoi collaboratori avevano predetto che enormi stelle potrebbero crollare in buchi neri. Ora potremmo avere le prime prove dirette che il processo effettivamente si svolge in natura.
Ma ovviamente, dobbiamo ricordare a noi stessi che, data la sua distanza, ciò di cui potremmo assistere con l'N6946-BH1 è successo 20 milioni di anni fa. Quindi dal punto di vista di questo potenziale buco nero, la sua formazione è una vecchia notizia. Ma per noi, potrebbe essere una delle osservazioni più rivoluzionarie nella storia dell'astronomia.
Proprio come lo spazio e il tempo, il significato è relativo all'osservatore!
