Una stella è sopravvissuta ad un passaggio ravvicinato con un buco nero


I dati del Chandra X-ray Observatory della NASA e dell’ESA XMMM-Newton hanno scoperto il racconto che è iniziato con una stella gigante rossa che vagava troppo vicino a un buco nero supermassiccio in una galassia a circa 250 milioni di anni luce dalla Terra…..

Gli astronomi potrebbero aver scoperto un nuovo tipo di storia di sopravvivenza: una stella che aveva uno stretto contatto con un buco nero gigante e raccontava la sua agonia attraverso esclamazioni di raggi X non ne è uscita ma è sopravvissuta (per adesso) al mostro.


I dati del Chandra X-ray Observatory della NASA e dell’ESA XMMM-Newton hanno scoperto il racconto che è iniziato con una stella gigante rossa che vagava un pò troppo vicino a un buco nero supermassiccio in una galassia a circa 250 milioni di anni luce dalla Terra. Il buco nero, situato in una galassia chiamata GSN 069, ha una massa circa 400.000 volte superiore a quella del Sole, ponendolo all’estremità più bassa della scala dei buchi neri supermassicci.

Una volta che la gigante rossa è stata catturata dalla gravità del buco nero, gli strati esterni della stella contenenti idrogeno sono stati spogliati e portati verso il buco nero, lasciando il nucleo della stella – noto come nana bianca – dietro di sé.

“Nella mia interpretazione dei dati dei raggi X la nana bianca è sopravvissuta, ma non è sfuggita”, ha detto Andrew King dell’Università di Leicester nel Regno Unito, che ha eseguito questo studio.

“Ora è rimasta intrappolata in un’orbita ellittica intorno al buco nero, facendo un giro circa una volta ogni nove ore”.

Un diagramma schematico che mostra un’orbita quasi completa della nana bianca intorno al buco nero al centro della figura. La nana bianca è rappresentata in blu e il percorso e la direzione dell’orbita in bianco. Se disegnata in scala, la nana bianca sarebbe troppo piccola da vedere. Il buco nero è circondato da un disco di materiale (raffigurato in arancione e rosso) che cade verso di esso. Ogni volta che la nana bianca si avvicina al buco nero, un po’ di materiale viene tirato fuori dalla stella nel disco, causando uno scoppio di raggi X osservato da Chandra e da XMM-Newton. Un effetto della Relatività Generale provoca la precessione, modificando l’angolo degli anelli nell’orbita di circa 70 gradi man mano che la nana bianca passa il buco nero. L’orientamento della figura è mostrato in modo tale che i diversi loop sono mostrati quasi a filo. Se mostrati di fronte, gli anelli orbitali sembrerebbero ancora di forma ovale, ma non sarebbero così stretti.

Mentre la nana bianca compie la sua orbita quasi tre volte al giorno, il buco nero, nel momento del suo massimo avvicinamento (non più di 15 volte il raggio dell’orizzonte degli eventi – il punto di non ritorno – dal buco nero), stacca del materiale dalla stella. I detriti stellari entrano in un disco che circonda il buco nero e rilasciano una raffica di raggi X che Chandra e XMMM-Newton possono rilevare. Inoltre, King prevede che siano emesse onde gravitazionali dal buco nero e dalla coppia di nane bianche, specialmente nel punto più vicino.

Quale sarebbe il futuro della stella e della sua orbita?

L’effetto combinato delle onde gravitazionali e la diminuzione delle dimensioni della stella man mano che perde massa dovrebbe far sì che l’orbita diventi più circolare. In questo caso, il tasso di perdita di massa rallenta costantemente, e la nana bianca si allontana lentamente a spirale dal buco nero.

“Cercherà con tutte le sue forze di fuggire, ma non c’è via di scampo. Il buco nero la mangerà sempre più lentamente, ma non si fermerà mai”, ha detto King. “In linea di principio, questa perdita di massa continuerà fino a quando e anche dopo che la nana bianca sarà diventata un pianeta, con una massa simile a quella di Giove, in qualche trilione di anni. Questo sarebbe un modo straordinariamente lento e contorto per l’universo di formare un pianeta”.

Gli astronomi hanno trovato molte stelle che sono state completamente dilaniate dagli incontri con i buchi neri (i cosiddetti eventi di marea di disturbo), ma ci sono pochissimi casi segnalati di passaggi ravvicinati, in cui la stella è probabilmente sopravvissuta.

Incontri come questo dovrebbero essere più comuni delle collisioni dirette date le statistiche dei modelli di traffico cosmico, ma potrebbero facilmente essere mancati per un paio di ragioni. In primo luogo, una stella più massiccia e sopravvissuta può impiegare troppo tempo per completare un’orbita intorno a un buco nero perché gli astronomi possano vedere ripetute esplosioni. Un altro problema è che i buchi neri supermassicci, molto più massicci di quello di GSN 069, possono inghiottire direttamente una stella piuttosto che la stella finisca in orbite dove periodicamente perde massa. In questi casi, gli astronomi non osserverebbero nulla.

Immagini X e ottiche di GSN 069. L’immagine sopra mostra l’osservazione Chandra dello scoppio di raggi X causato dal trasferimento di questo materiale ogni 9 ore. Sotto un’immagine ottica DSS ad ampio campo per il contesto.

“In termini astronomici, questo evento è visibile ai nostri attuali telescopi solo per un breve periodo di tempo – circa 2.000 anni”, ha detto King. “Quindi, a meno che non siamo stati straordinariamente fortunati ad averlo catturato, potrebbero essercene molti altri che ci mancano all’appello. Tali incontri potrebbero essere uno dei modi principali per far crescere i buchi neri delle dimensioni di quello della GSN 069”.

King dice che la nana bianca ha una massa di soli due decimi della massa del Sole. Se la nana bianca era il nucleo della gigante rossa completamente spogliata del suo idrogeno, allora dovrebbe essere ricca di elio. L’elio sarebbe stato creato dalla fusione di atomi di idrogeno durante l’evoluzione della gigante rossa.

“È notevole pensare che si possa dedurre l’orbita, la massa e la composizione di una minuscola stella distante 250 milioni di anni luce”, ha detto King.

King ha fatto una previsione basata sul suo scenario. Poiché la nana bianca è così vicina al buco nero, gli effetti della Teoria della Relatività Generale indicano che la direzione dell’asse dell’orbita dovrebbe oscillare, vedi “precessione”. Questa oscillazione dovrebbe ripetersi ogni due giorni e può essere rilevabile con osservazioni sufficientemente lunghe.

Un tour della stella che sopravvive a una chiamata ravvicinata di un buco nero.

Un documento che descrive questi risultati appare nel numero di marzo 2020 in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ed è disponibile online. Il Marshall Space Flight Center della NASA gestisce il programma Chandra. Il Chandra X-ray Center dello Smithsonian Astrophysical Observatory controlla gli studi scientifici e le operazioni di volo da Cambridge e Burlington, Massachusetts.

Fonte