La preziosa missione di Gaia, ignorata da gran parte dei media e giunta ormai a pochi mesi dalla sua conclusione, ci regala la scoperta dei buchi neri nel nostro "cortile di casa". SI chiamano Gaia BH1 e Gaia BH2 e si trovano rispettivamente a 1560 anni luce nella costellazione dell'Ofiuco e a 3800 anni luce nella costellazione del Centauro.
I due buchi neri sono stati scoperti studiando il movimento delle loro stelle compagne. Una strana "oscillazione" nel movimento delle stelle nel cielo ha indicato che stanno orbitando attorno a un oggetto molto massiccio, quasi dieci volte più del nostro Sole. Altre spiegazioni per questi enormi compagni, come i sistemi a doppia stella, sono state escluse poiché non sembrano emettere alcuna luce.
Fino a poco tempo fa, tutti i buchi neri di cui gli astronomi erano a conoscenza erano stati scoperti dall'emissione di luce – di solito a raggi X e lunghezze d'onda radio – prodotta dalla caduta di materiale. I nuovi buchi neri sono veramente neri e possono essere rilevati solo dai loro effetti gravitazionali. La distanza delle stelle dal buco nero e le orbite delle stelle intorno a loro sono molto più lunghe rispetto ad altri sistemi binari noti di buchi neri e stelle. Quelle coppie stella-buco nero più vicine, chiamate binarie a raggi X, tendono ad essere molto luminose nei raggi X e nella luce radio, e quindi più facili da trovare. Ma le nuove scoperte suggeriscono che i buchi neri nelle binarie più larghe sono più comuni.
Il meccanismo di rivelazione indiretta di una perturbazione astrometrica - Credits: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO
“Ciò che distingue questo nuovo gruppo di buchi neri da quelli che già conoscevamo è la loro ampia separazione dalle loro stelle compagne. Questi buchi neri probabilmente hanno una storia di formazione completamente diversa rispetto alle binarie a raggi X", spiega Kareem El-Badry, scopritore dei nuovi buchi neri e ricercatore presso l'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics negli Stati Uniti e il Max-Planck Institute for Astronomy ad Heidelberg, in Germania.
I buchi neri sono stati scoperti utilizzando i dati di Gaia. Gaia misura accuratamente le posizioni e i movimenti di miliardi di stelle. Il movimento delle stelle contro il cielo può fornire indizi essenziali sugli oggetti che influenzano gravitazionalmente queste stelle. Questi oggetti possono includere altre stelle, esopianeti e anche buchi neri. “L'accuratezza dei dati di Gaia è stata essenziale per questa scoperta. I buchi neri sono stati individuati individuando la minuscola oscillazione della sua stella compagna mentre orbita attorno ad essa. Nessun altro strumento è in grado di effettuare tali misurazioni", afferma Timo Prusti, scienziato del progetto Gaia dell'ESA.
Gaia ha fornito misurazioni accurate del movimento in tre direzioni, ma per capire più precisamente come le stelle si sono allontanate e avvicinate a noi, sono state necessarie ulteriori misurazioni della velocità radiale. Gli osservatori a terra li hanno forniti per i buchi neri appena scoperti, e questo ha dato l'ultimo indizio per concludere che gli astronomi avevano rilevato buchi neri.
Collocazione di Gaia BH-1 in un diagramma periodo-massa dei buchi neri di massa stellare noti in sistemi binari. - Credits: El-Badry et al. MNRAS 2022.
Il primo dei due buchi neri, Gaia BH1, è costituito da una stella molto simile al Sole (una nana di tipo G) e da un oggetto completamente oscuro di circa 9,5 masse solari. Entrambi sono su orbite eccentriche (e=0,45) e impiegano 6 mesi per ruotare attorno al comune baricentro. Invece, le due componenti di Gaia BH-2 impiegano 3,5 anni per percorrere orbite leggermente più eccentriche (e=0,52). La stella visibile è una gigante rossa con massa comparabile a quella solare, dunque è come sarà il Sole tra circa 6 meiliardi di anni, con diametro quasi 8 volte più grande; il buco nero ha una massa di circa 9 masse solari.
I sistemi binari appena scoperti si trovano ai due estremi della regione esplorata da Gaia DR3 in termini di periodo di rivoluzione. Man mano che ulteriori dati si accumulano e verranno pubblicati nel prossimo catalogo DR4 (non prima della fine 2025) si spera di rilevare molti altri sistemi di questo genere.
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