Comunicato Stampa

Stabilito Nuovo Record di Distanza nella Caccia ai Buchi Neri

27 Gennaio 2010

Usando il Very Large Telescope dell’ESO, gli astronomi hanno scoperto un buco nero di massa stellare in un’altra galassia, molto più lontano rispetto a tutti i buchi neri individuati finora. Con una massa superiore a 15 volte quella del nostro Sole, questo buco nero stellare è il secondo più massiccio scoperto fino ad ora e fa coppia con una stella che diventerà presto anch’essa un buco nero.

I buchi neri stellari [1] scoperti nella Via Lattea raggiungono masse fino a dieci volte quella del Sole e non vanno certo presi alla leggera. Eppure, spingendosi oltre la nostra galassia, questi potrebbero essere solo dei ‘pesi piuma’, visto che gli astronomi hanno scoperto un altro buco nero con una massa superiore a quindici volte quella del Sole. Si tratta del terzo oggetto di questo tipo individuato finora.

Il buco nero appena annunciato si trova nella galassia a spirale NGC 300, distante sei milioni di anni-luce dalla Terra. “È il buco nero stellare più lontano scoperto finora e di cui si è potuta determinare la massa, ed è anche il primo ad essere osservato al di fuori del Gruppo Locale, il nostro ‘vicinato’ galattico,” afferma Paul Crowther, Professore di Astrofisica presso l’Università di Sheffield e primo autore di un articolo che presenta la ricerca. L’insolita compagna del buco nero è una cosiddetta stella Wolf-Rayet, anch’essa con una massa pari a circa venti volte quella del Sole. Le stelle Wolf-Rayet sono prossime al termine della loro vita, e durante questa fase rilasciano i loro strati esterni nello spazio circostante prima di esplodere sotto forma di supernovae, mentre il loro nucleo collassa e formerà infine un buco nero.

Nel 2007 uno strumento che osserva ai raggi X a bordo delI’osservatorio spaziale Swift della NASA ha investigato i dintorni della sorgente di raggi X più brillante all’interno della galassia NGC 300. Questa sorgente era stata scoperta in precedenza dall’osservatorio XMM-Newton dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA). “Abbiamo notato un’emissione nei raggi X regolare e particolarmente intensa, indizio della possibile presenza di un buco nero nascosto nella zona,” spiega l’italiana Stefania Carpano dell’ESA, membro del gruppo di ricerca.

Grazie ad ulteriori osservazioni effettuate utilizzando lo strumento FORS2, montato sul Very Large Telescope dell’ESO, gli astronomi hanno confermato il loro precedente sospetto. I nuovi dati mostrano che il buco nero e la stella Wolf-Rayet danzano un valzer diabolico l’uno intorno all’altra, con un periodo di circa 32 ore. Gli astronomi hanno anche scoperto che, mentre la stella e il buco nero orbitano l’una intorno all’altro, quest’ultimo sta risucchiando la materia della compagna.

“Si tratta di una coppia legata molto ‘intimamente’,” fa notare il collaboratore Robin Barnard della Open University. “Come si sia formato un sistema con due componenti così vicine è però ancora un mistero.”

Finora è stato scoperto solo un altro sistema di questo tipo, in cui il buco nero si accompagna ad una stella Wolf-Rayet, ma si conoscono varie altre coppie formate da un buco nero e una stella. Studiando questi sistemi, gli astronomi hanno trovato una relazione tra la massa dei buchi neri e la composizione chimica della galassia che li ospita. “Abbiamo notato che i buchi neri più massicci tendono ad essere scoperti in galassie piccole che contengono pochi elementi ‘pesanti’,” racconta Crowther [2]. “Le galassie più grandi, come la Via Lattea, che sono più ricche di elementi pesanti, , riescono invece a produrre soltanto buchi neri più piccoli.” Gli astronomi ritengono che una maggiore concentrazione di elementi chimici pesanti possa influenzare l’evoluzione delle stelle massicce, causando un maggiore rilascio di materia e quindi la formazione di un buco nero più piccolo quando finalmente quel che resta del nucleo stellare collassa.

Tra meno di un milione di anni, anche la stella Wolf-Rayet esploderà sotto forma di supernova e diventerà un buco nero. “Se il sistema sarà in grado di sopravvivere a questa seconda esplosione, i due buchi neri si fonderanno, e questo processo produrrà una gran quantità di energia sotto forma di onde gravitazionali [3],” conclude Crowther. Prima che i due buchi neri riescano a fondersi, però, passerà qualche miliardo di anni, un periodo troppo lungo nella scala temporale umana. “Tuttavia, il nostro studio dimostra che simili sistemi possono esistere e i sistemi di questo tipo che si sono già evoluti in un doppio buco nero potrebbero essere scoperti dai rivelatori di onde gravitazionali come LIGO e Virgo [4].”

Note

[1] I buchi neri stellari (o di massa stellare) sono il residuo, estremamente denso, del collasso delle stelle molto massicce. Questi buchi neri hanno masse fino a circa venti volte quella del Sole, e non vanno confusi con i buchi neri supermassicci, che si trovano al centro della maggior parte delle galassie e possono raggiungere masse che vanno da un milione fino a un miliardo di volte quella del Sole. Finora sono stati scoperti circa 20 buchi neri stellari.

[2] In astronomia tutti gli elementi chimici più pesanti dell’elio vengono chiamati elementi pesanti, o ‘metalli’.

[3] Le onde gravitazionali sono increspature dello spazio-tempo predette dalla teoria della relatività generale di Einstein. Un gran numero di onde gravitazionali viene emesso quando un campo gravitazionale subisce delle forti variazioni temporali, come ad esempio durante la fusione di due buchi neri. Le onde gravitazionali non sono mai state osservate finora, e la loro scoperta è una delle principali sfide dei prossimi decenni.

[4] Gli esperimenti LIGO e Virgo hanno come obiettivo la scoperta delle onde gravitazionali, utilizzando interferometri molto sensibili in Italia e negli Stati Uniti.

Ulteriori Informazioni

I risultati di questa ricerca sono stati presentati in un articolo che sarà pubblicato, sotto forma di lettera, dalla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (NGC 300 X-1 is a Wolf–Rayet/Black Hole binary, P.A. Crowther et al.).

L’equipe di ricerca è formata da Paul Crowther e Vik Dhillon (University of Sheffield, UK), Robin Barnard e Simon Clark (The Open University, UK),  Stefania Carpano e Andy Pollock (ESAC, Madrid, Spain).

L’ESO (European Southern Observatory) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l’osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 14 paesi: Austria, Belgio, Repubblica Ceca, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Italia, Olanda, Portogallo, Spagna, Svezia, Svizzera e Gran Bretagna. L’ESO mette in atto un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strutture astronomiche da terra che consentano agli astronomi di fare importanti scoperte scientifiche. L’ESO ha anche un ruolo preminente nel promuovere e organizzare cooperazione nella ricerca astronomica. L’ ESO gestisce tre siti unici di livello mondiale in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. A Paranal, l’ESO gestisce il Very Large Telescope, l’osservatorio astronomico nella banda visibile più d’avanguardia al mondo. L’ESO è il partner europeo di un telescopio astronomico rivoluzionario, ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. L’ESO sta pianificando al momento un Telescopio Europeo Estremamente Grande ottico/vicino-infrarosso di 42 metri, l’E-ELT, che diventerà “il più grande occhio del mondo rivolto al cielo”.

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Contatti

Paul Crowther
University of Sheffield, UK
Tel.: +44-114 222 4291
E-mail: Paul.Crowther@sheffield.ac.uk

Stefania Carpano
ESTEC, ESA
The Netherlands
Tel.: +31-71-5654827
E-mail: scarpano@rssd.esa.int

Anna Wolter (press contact Italia)
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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1004.