I ricercatori lo hanno soprannominato Gaia BH1. Questo buco nero dormiente è circa 10 volte la massa del Sole e si trova a circa 1.500 anni luce di distanza nella costellazione dell'Ofiuco, il che significa che è tre volte più vicino alla Terra rispetto al precedente detentore del record, un binario a raggi X nella costellazione del Monoceros. Risiede in un sistema binario in cui altro membro è una stella simile alla nostra. I due sono separati da una distanza simile a quella della Terra dal Sole.

I buchi neri sono gli oggetti più estremi dell'Universo. Versioni supermassicce, inimmaginabilmente dense, probabilmente risiedono al centro di tutte le grandi galassie. Ma i buchi neri di massa stellare, da 5 a 100 masse solari, sono molto più comuni e se ne stimano 100 milioni nella sola Via Lattea. Fino ad oggi ne è stati confermati solo una manciata e quasi tutti sono attivi, cioè brillano nei raggi X mentre consumano materiale da una vicina compagna stellare. Ma se un buco nero non si sta alimentando attivamente (cioè è dormiente) si fonde semplicemente con l'ambiente circostante ed è molto difficile da individuare.

"Anche se ci sono stati molti annunci di sistemi come questo, quasi tutte le scoperte sono state successivamente confutate", ha detto nel comunicato Kareem El-Badry, dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Massachusetts e del Max Planck Institute for Astronomy in Germania, autore principale del nuovo studio pubblicato sulla rivista Monthly Notice della Royal Astronomical Society. "Questa è la prima rivelazione inequivocabile di una stella simile al Sole in un'ampia orbita attorno a un buco nero di massa stellare nella nostra galassia"

Come è stato scoperto

La nuova scoperta è stata resa possibile effettuando squisite osservazioni del movimento della compagna del buco nero, una stella simile al Sole che orbita attorno al buco nero all'incirca alla stessa distanza della Terra rispetto al Sole.
"Prendi il sistema solare, metti un buco nero dove si trova il Sole e il Sole dove si trova la Terra e ottieni questo sistema", ha spiegato El-Badry.

"Ho cercato buchi neri dormienti negli ultimi quattro anni utilizzando un'ampia gamma di set di dati e metodi", ha affermato El-Badry. "I miei tentativi precedenti, così come quelli di altri, hanno prodotto un serraglio di sistemi binari mascherati da buchi neri, e questa è la prima volta che la ricerca ha dato i suoi frutti".

Il team ha originariamente identificato il sistema, come possibile sede di un buco nero, analizzando i dati della sonda Gaia dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA), che sta mappando con precisione le posizioni, le velocità e le traiettorie di circa 2 miliardi di stelle della Via Lattea..
Gaia ha catturato le minuscole irregolarità nel movimento della stella causate dalla gravità di un oggetto massiccio invisibile. Per esplorare il sistema in modo più dettagliato, El-Badry e il suo team hanno utilizzato lo strumento Gemini Multi-Object Spectrograph su Gemini North, che ha misurato la velocità della stella compagna mentre orbitava attorno al buco nero e ha fornito una misurazione precisa del suo periodo orbitale.

Le osservazioni di follow-up sono state cruciali per vincolare il movimento orbitale e quindi le masse dei due componenti nel sistema binario, consentendo al team di catalogare il corpo centrale come un buco nero circa 10 volte più massiccio del nostro Sole.

"Le nostre osservazioni di follow-up con il Gemini hanno confermato oltre ogni ragionevole dubbio che la binaria contiene una stella normale e almeno un buco nero dormiente", ha elaborato El-Badry. "Non siamo riusciti a trovare uno scenario astrofisico plausibile in grado di spiegare l'orbita osservata del sistema che non coinvolge almeno un buco nero".
"Quando abbiamo avuto le prime indicazioni che il sistema conteneva un buco nero, avevamo solo una settimana di tempo prima che i due oggetti fossero alla minima distanza nelle loro orbite. Le misurazioni a questo punto sono essenziali per effettuare stime di massa accurate in un sistema binario", ha detto El Badry. "La capacità del Gemini di fornire osservazioni rapide è stata fondamentale per il successo del progetto. Se avessimo perso quella finestra ristretta, avremmo dovuto aspettare un altro anno".

Un nuovo mistero cosmico

Gli attuali modelli astrofisici sull'evoluzione dei sistemi binari hanno difficoltà a spiegare come potrebbe essere sorta la peculiare configurazione del sistema Gaia BH1. In particolare, la stella progenitrice che in seguito si è trasformata nel buco nero appena rilevato, sarebbe dovuta essere almeno 20 volte più massiccia del nostro Sole. Tali giganti vivono solo per pochi milioni di anni e si gonfiano tremendamente prima di diventare dei "fantasmi". I modelli suggeriscono che tale sbuffo avrebbe probabilmente distrutto la compagna prima che fosse riuscita a evolversi in una stella simile al Sole (se i due oggetti fossero nati contemporaneamente). Oppure, se fosse sopravvissuta, sarebbe dovuta finire su un'orbita molto più stretta di quella che occupa attualmente, hanno detto i ricercatori.

Ciò potrebbe indicare che ci sono importanti lacune nella nostra comprensione di come si formano ed evolvono i buchi neri nei sistemi binari e suggerisce anche l'esistenza di una popolazione ancora inesplorata di buchi neri dormienti nei binari.
"È interessante notare che questo sistema non è facilmente adattabile ai modelli di evoluzione binaria standard", ha concluso El-Badry. "Pone molte domande su come si è formato questo sistema binario, così come quanti di questi buchi neri dormienti ci sono là fuori".