Secondo la teoria, molti buchi neri si formano dal collasso gravitazionale delle stelle massicce, quando esplodono in supernova, per cui ce ne dovrebbero essere centinaia di milioni sparsi in tutta la Via Lattea. Il problema è che sono letteralmente invisibili e difficili da rilevare, per definizione. Ma invisibile non significa non rilevabile: il campo gravitazionale di un buco nero è così estremo che deforma e distorce qualsiasi luce che lo attraversa. Quello rilevato dallo studente laureato Casey Lam e da Jessica Lu, professoressa associata di astronomia alla UC Berkelet, attraverso un evento di microlensing, si stima che abbia una massa compresa tra 1,6 e 4,4 volte quella del Sole. Tuttavia, la sua natura non è confermata perché gli astronomi si aspettavano che il resto di una stella morta dovesse essere più massiccio di 2,2 masse solari per poter collassare in un buco nero. Potrebbe, quindi, trattarsi di una stella  di neutroni, un altro tipo di oggetto sempre denso e altamente compatto.

In ogni caso, che si tratti di un buco nero o di una stella di neutroni, l'oggetto è il primo "fantasma" stellare scoperto mentre vaga per la galassia, senza essere accoppiato con un'altra stella.
"Questa è la prima stella di neutroni o buco nero fluttuante scoperta con il microlensing gravitazionale", ha detto Lu.
Il microlensing gravitazionale si verifica quando un oggetto con un campo gravitazionale importante passa quasi esattamente davanti a un altro più lontano, dal nostro punto di vista, creando appunto un effetto lente.
Il campo gravitazionale dell'oggetto più vicino provoca una curvatura dello spazio-tempo e, quando la luce lo attraversa, si "piega" seguendo quella curvatura. Questo fenomeno ingrandisce la luce e sposta leggermente la posizione apparente dell'oggetto lontano.

"Con il microlensing [...] penso che abbiamo aperto una nuova finestra su questi oggetti scuri, che non possono essere visti in nessun altro modo". Finora, infatti, i buchi neri delle dimensioni di una stella sono stati trovati solo come parte di sistemi stellari binari. I buchi neri compagni vengono scoperti facilmente nei raggi X, prodotti quando il materiale della stella cade sul buco nero, o dai recenti rivelatori di onde gravitazionali che sono sensibili alla fusione di due o più buchi neri. Ma questi eventi sono rari.

Secondo il team,  nella Via Lattea dovrebbe esserci una popolazione di 200 milioni di buchi neri.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.


Quando la matematica è anche un opinione

Lo stesso evento di microlensing era stato analizzato anche un team in competizione dello Space Telescope Science Institute (STScI) di Baltimora, il quale aveva determinato che la massa dell'oggetto compatto è più vicina a 7,1 masse solari e, pertanto, si tratta indiscutibilmente di un buco nero. 

I risultati sono diversi anche per la distanza stimata.
Il team guidato dalla UC Berkeley ha stimato che l'oggetto si trova tra 2.280 e 6.260 anni luce, in direzione del centro della Via Lattea e vicino al grande rigonfiamento che circonda il massiccio buco nero centrale della galassia.
Il gruppo STScI ha stimato che si trova a circa 5.153 anni luce di distanza.

Entrambi i team hanno utilizzato gli stessi dati: misurazioni fotometriche dell'illuminazione della stella lontana quando la sua luce veniva distorta dall'oggetto supercompatto e misurazioni astrometriche dello spostamento della posizione della stella lontana nel cielo a causa dell'effetto gravitazionale distorsione da parte dell'oggetto della lente. I dati fotometrici provenivano da due indagini di microlensing: l'Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE), che impiega un telescopio da 1,3 metri in Cile gestito dall'Università di Varsavia e l'esperimento Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), che è montato su un telescopio da 1,8 meteri in Nuova Zelanda, gestito dall'Università di Osaka. I dati astrometrici provenivano dal telescopio spaziale Hubble della NASA, di cui lo STScI gestisce il programma scientifico e conduce le operazioni scientifiche.

Entrambi i team hanno anche stimato la velocità dell'oggetto super compatto. Il team Lu/Lam ha trovato una velocità relativamente tranquilla, inferiore a 30 chilometri al secondo. Il team STScI ha trovato una velocità insolitamente grande, 45 chilometri al secondo, interpretata come il risultato di un calcio che il presunto buco nero avrebbe ottenuto dalla supernova che lo ha generato.
Lu interpreta la stima della bassa velocità del suo team come un potenziale supporto di una nuova teoria secondo cui i buchi neri non sarebbero il risultato di supernove, l'ipotesi prevalente oggi, ma provengano invece da supernove fallite.

Poiché entrambi i sondaggi di microlensing hanno catturato lo stesso oggetto, l'evento ha due nomi: MOA-2011-BLG-191 e OGLE-2011-BLG-0462, o OB110462, in breve.

Il microlensing è durato quasi 300 giorni e, secondo Lam, è probabile che circa il 40% degli eventi di microlensing che durano più di 120 giorni siano buchi neri. Tuttavia, dice, "non è una garanzia, perché la durata dell'episodio non dipende solo da quanto è massiccia la lente in primo piano ma anche dalla velocità con cui la lente in primo piano e la stella sullo sfondo si muovono relativamente una rispetto all'altra. Ma misurando la posizione apparente della stella sullo sfondo, possiamo confermare se l'obiettivo in primo piano è davvero un buco nero". Secondo Lu, l'influenza gravitazionale di OB110462 sulla luce della stella di fondo è stata sorprendentemente lunga. Ci è voluto circa un anno che la stella tornasse alla normalità.

Alla ricerca di conferme

Per confermare che OB110462 è stato causato da un oggetto super compatto, Lu e Lam hanno richiesto osservazioni di follow-up a Hubble.
Alcuni nuovi dati sono arrivati ​​lo scorso ottobre e hanno mostrato che il cambiamento di posizione della stella risultante dall'effetto del campo gravitazionale della lente è ancora osservabile 10 anni dopo l'evento. Ulteriori osservazioni di Hubble sono previste per l'autunno 2022 e allora, forse, si riuscirà a determinare la vera natura dell'oggetto.
"Per quanto vorremmo dire definitivamente che è un buco nero, dobbiamo segnalare tutte le soluzioni consentite. E ciò include sia i buchi neri di massa inferiore che forse anche una stella di neutroni", ha detto Lu. "I dati di fotometria e astrometria derivano dallo stesso processo fisico, il che significa che la luminosità e la posizione devono essere coerenti tra loro. Altrimenti c'è qualcosa che manca".