Vedere un buco nero?

Una rappresentazione artistica del sistema binario V404 Cygni: a sinistra la stella che perde massa, al centro il buco nero con il disco di accrescimento formato dalla materia “catturata” dalla stella compagna. Crediti: ESA/ATG Medialab.

Il cielo ad occhio nudo, o con un telescopio ottico, regala una sensazione di tranquillità, come se lassù ci fossero eventi di rara bellezza e grandiosità, e nulla di violento o catastrofico. Il cielo ad alte energie, se fosse visibile con i nostri occhi, ci mostrerebbe uno spettacolo tutt’altro che tranquillo: emissione di raggi X e gamma da vari oggetti, esplosioni di supernova, collisioni fra nane bianche e stelle di neutroni, buchi neri che ingoiano materia, stelle che cambiano la loro luminosità in modo drammatico in pochi minuti, anni o addirittura decenni.

E’ capitato così anche il 15 giugno 2015, quando improvvisamente un buco nero in un sistema di due stelle si è “risvegliato” dopo essere stato quiescente (o inattivo) per 26 anni, mostrando delle esplosioni. Queste esplosioni, chiamate outburst, sono dovute alla caduta di materia della stella compagna sul buco nero, che rilascia enormi quantità di energia osservabili sotto forma di raggi X e raggi gamma.

In pratica, in un sistema binario formato da una stella e da un buco nero, la materia della stella fluisce verso il buco nero, catturata dalla potente azione gravitazionale di quest’ultimo, spiraleggiando e formando un disco di materia che circonda il buco nero, che viene detto disco di accrescimento. Il gas spiraleggia raggiungendo temperature elevatissime, tanto che la materia emette radiazione in X e in gamma, prima di oltrepassare l’orizzonte degli eventi, quel limite oltre il quale nulla può sfuggire, per definizione, dal buco nero.

Il telescopio spaziale della NASA Swift ha osservato degli outburst in V404 Cygni, uno dei sistemi binari più vicini al nostro pianeta, a 8000 anni luce di distanza in direzione della costellazione del Cigno. Le prime osservazioni di Swift sono state seguite da una campagna di osservazioni con strumentazione sia terrestre che spaziale, per un monitoraggio del sistema a varie lunghezze d’onda. Gli outburst si verificano quasi ogni due o tre decenni: quando il materiale che spiraleggia e si accumula sul disco di accrescimento raggiunge un livello critico, il tasso di alimentazione del buco nero aumenta in modo improvviso per un certo periodo di tempo.

Questo risveglio, a dire il vero, ha mostrato qualcosa che ha del sorprendente: un’emissione in luce visibile. E’ la prima volta che dell’emissione dal buco nero (anche se sarebbe più corretto dire dal disco di accrescimento del buco nero) viene osservata nell’ottico: i nostri occhi la potrebbero vedere! L’emissione di luce visibile è continuata per circa tre ore e mezza. Com’è possibile che vi sia della radiazione a lunghezza d’onda del visibile? Le parti interne del disco di accrescimento emettono radiazione a energie molto elevate; l’energia viene assorbita dalle parti esterne (più fredde) del disco, riprocessata e riemessa sotto forma di radiazione ottica.

In passato, V404 Cygni era rimasto tranquillo fino al 1989, quando alcuni strumenti a bordo della stazione spaziale MIR e il satellite giapponese Ginga, che permetteva osservazioni in raggi X, furono in grado di individuare emissione di alta energia. Dopo una ricerca d’archivio di alcuni telescopi ottici, sono state individuate altre due esplosioni avvenute in precedenza, una nel 1956 e una ancora più antecedente, nel 1938, che erano passate inosservate dai ricercatori. Fu possibile osservare la stella compagna del buco nero solo nel 1990, un anno dopo la sequenza di outburst, quando la luminosità calò tanto da poterla osservare.

Questa foto in X del sistema binario V404 Cygni da parte del satellite Swift della NASA copre una porzione di spazio che è circa metà del diametro apparente della Luna piena. Si osservano degli anelli (apparsi il 30 giugno 2015). Crediti: NASA’sScientificVisualization Studio (a sinistra), Andrew Beardmore, University of Leicester), NASA/Swift( a destra).

La stella compagna del buco nero ha una massa leggermente inferiore rispetto a quella del nostro Sole, e dallo studio della dinamica del sistema, si è dedotta, per il buco nero, una massa dell’ordine di 12 masse solari.

Nel giugno 2015 il satellite Swift aveva permesso di rilevare degli anelli concentrici attorno al buco nero, così estesi che coprivano una porzione di cielo circa metà di quella della Luna piena. Come si formano degli anelli concentrici attorno al buco nero? Quando avviene l’outburst, il buco nero emette radiazione X in tutte le direzioni, ma strati di particelle di polvere, tra i 4000 e i 7000 anni luce di distanza da noi, deviano la direzione di questa radiazione. Tale radiazione è arrivata all’occhio del telescopio Swift in ritardo rispetto a quella che non è stata deviata dalla polvere. Questi anelli in X permetteranno di fare uno studio estremamente dettagliato e unico nel suo genere della polvere interstellare tra noi e il buco nero, polvere che di solito non è possibile rivelare in altro modo.