Il buco nero elegante

Il protagonista astrofisico dell’ultimo numero di Nature è un’enigmatica sorgente di raggi X a 22 milioni di anni luce da noi. Divora materia e la rigetta come fosse un raro buco nero intermedio, ma le osservazioni mostrano che in realtà si tratta d’un oggetto sorprendentemente piccolo.

di Marco Malaspina 27/11/2013 19:16

Rappresentazione artistica di un sistema binario formato da un buco nero e da una stella di Wolf-Rayet. Crediti: Jingchuan Yu

È un concentrato tanto di materia quanto di contraddizioni, l’oggetto celeste che brilla di luce X nella galassia Messier 101. Targato M101 ULX-1, dove la sigla ULX sta per “sorgente X ultraluminosa”, è un buco nero che mette in crisi gli astronomi. Non è un buco nero supermassiccio, uno di quei giganti da migliaia di masse solari che danno vita al cuore pulsante delle galassie. Ma non è nemmeno un normale buco nero di massa stellare. O almeno tale non lo si direbbe a guardarlo mangiare: M101 ULX-1 è capace di divorare in breve tempo una quantità di materia tale da reggere il confronto con colleghi di taglia ben superiore – i rari buchi neri di massa intermedia, classe alla quale M101 ULX-1 era stato inizialmente assegnato.

Vorace ma con classe, notano gli autori dell’articolo che descrive la scoperta, pubblicato sull’ultimo numero di Nature. «Ha modi eleganti», dice quasi ammirato Stephen Justham, della Chinese Academy of Sciences, fra i coautori dello studio. Per far fronte a una produzione di energia enorme come quella osservata dal team guidato da Ji-Feng Liu, anch’egli della Chinese Academy of Sciences, un peso piuma come M101 ULX-1 deve trangugiare materia a un ritmo vorticoso, prossimo al limite teorico per questo processo di consumo. «Pensavamo che, spingendosi a questi estremi, i buchi neri di piccola taglia non sarebbero stati in grado di divorare materia mantenendo un atteggiamento composto. A quanto pare ci siamo sbagliati».

A rendere possibile la scoperta, i dati raccolti da tre strumenti: quelli collezionati nel corso d’un anno di campagna con l’osservatorio spaziale per raggi X Chandra della NASA, le immancabili immagini in ottico dallo Hubble Space Telescope e un’imponente indagine spettroscopica condotta da terra grazie allo specchio da 8.1 metri del telescopio Gemini. Combinando le osservazioni, gli scienziati sono riusciti a stabilire che la massa del buco nero si aggira fra le 20 e le 30 masse solari: dunque ben al di sotto dell’intervallo 100-1000 tipico dei buchi neri di massa intermedia.

«Si tratta d’un risultato di importanza fondamentale in questo campo. È la prima misura diretta (dinamica) della massa d’un buco nero in una ULX, sia pur transiente. Un risultato a lungo cercato», spiega Luca Zampieri, astronomo presso l’INAF – Osservatorio Astronomico di Padova, «e preceduto da diversi tentativi non andati a buon fine a causa della contaminazione dovuta all’emissione del disco di accrescimento. L’intervallo probabile di massa desunto da queste misure (20-30 masse solari) conferma che buchi neri di massa intermedia non sono probabilmente necessari per spiegare la maggior parte delle ULXs. Molte di esse potrebbero in realtà contenere buchi neri di taglia stellare, anche se più massicci di quelli presenti nelle ordinarie binarie X galattiche. La massa del buco nero, la natura transiente e, nel contempo, il peculiare spettro X di M101 ULX-1, molto soffice quando la sorgente raggiunge la massima luminosità, aprono prospettive nuove ed estremamente interessanti per la comprensione del regime di accrescimento in queste sorgenti».

A proposito d’accrescimento, gli scienziati sono riusciti a determinare la natura della stella compagna, la cosiddetta “controparte ottica”, quella dalla quale il buco nero trae nutrimento. E anche qui le sorprese non mancano: si tratta infatti di una stella di Wolf-Rayet, classe di sorgenti nota per emettere intensi venti stellari, dai quali il buco nero risucchia la materia. Considerando il ritmo furioso al quale si consuma un pasto del genere, gli scienziati sono giunti alla conclusione che la stella compagna dev’essere morta in appena una frazione dei 22 milioni di anni che ha impiegato la sua luce per giungere fino a noi: dunque quella coppia che oggi osserviamo splendere – in banda X – un milione di volte più luminosa del Sole, quasi certamente è già da tempo un sistema binario formato da due buchi neri.

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