Nel 1971, un paio di astronomi britannici predissero l’esistenza di un buco nero al centro della nostra galassia. E nel 1974, altri astronomi lo trovarono, chiamandolo Sagittarius A*. Da allora, gli astronomi hanno scoperto che un simile “buco nero supermassiccio” si trova al centro di quasi tutte le altre grandi galassie. Nel 2019, hanno scattato la prima immagine di un buco nero supermassiccio. Oggi, questi oggetti esotici sono una parte fondamentale della nostra comprensione di come le galassie si formano e si evolvono. Ma cosa dire dei corpi astronomici più piccoli, come la Grande Nube di Magellano, una galassia nana satellite che si prevede collida con la Via Lattea tra 2,4 miliardi di anni? Nessuno è del tutto sicuro se nubi come questa possano ospitare anche buchi neri supermassicci.
Evoluzione Galattica
Ora le prove stanno cominciando ad accumularsi, grazie al lavoro di Jiwon Jesse Han presso l’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge e colleghi, che hanno scoperto prove convincenti che un buco nero supermassiccio risiede nella Grande Nube di Magellano. Se confermata, la scoperta sfiderebbe i modelli astrofisici convenzionali e approfondirebbe la nostra comprensione dell’evoluzione delle galassie. La chiave della loro scoperta deriva dallo studio delle stelle iperveloci che si muovono così rapidamente da poter sfuggire all’attrazione gravitazionale della Via Lattea.
Gli astrofisici credono che queste stelle abbiano iniziato la loro vita come una metà di un sistema binario che si è avvicinato troppo a Sagittarius A*. Le forze gravitazionali estreme in questa interazione hanno lanciato una stella nello spazio mentre l’altra è rimasta legata al buco nero. Gli astronomi hanno individuato 21 stelle iperveloci negli ultimi due decenni, tutte stelle di sequenza principale di tipo B che sono più massicce, luminose e blu del Sole (queste stelle sono più facili da individuare rispetto ad altre stelle in questo tipo di indagini).
Più recentemente, sono stati anche in grado di determinare il moto proprio di queste stelle. Così Han e colleghi hanno deciso di indagare sulla loro origine riavvolgendo il loro moto proprio per vedere da dove provenissero. Questo ha portato a una scoperta inaspettata: molte di queste stelle non tracciano affatto il loro percorso fino a Sagittarius A*. Invece, le loro traiettorie suggeriscono che provengano dalla Grande Nube di Magellano. “Scopriamo che metà delle stelle iperveloci non legate scoperte dal HVS Survey non tracciano il loro percorso fino al Centro Galattico, ma alla Grande Nube di Magellano,” dicono Han e colleghi.
In particolare, Han e colleghi hanno trovato un ammasso di queste stelle nella direzione della costellazione del Leone—la cosiddetta “Sovrabbondanza del Leone”. Questo tipo di raggruppamento non è facile da spiegare se le stelle provenissero dalla Via Lattea. Una possibilità è che si siano formate quando una delle stelle di un paio binario è diventata una supernova, accelerando l’altra a velocità enormi; un’altra è che queste stelle siano il risultato di qualche fantastico effetto fionda che si verifica quando tre o quattro stelle si incontrano contemporaneamente.
Ma nessuno di questi meccanismi può produrre stelle con velocità così elevate in una tale concentrazione, dicono Han e colleghi. Invece, la spiegazione più plausibile è che siano state lanciate da un buco nero supermassiccio al centro della Grande Nube di Magellano. “Scopriamo che il tasso di nascita e il raggruppamento delle stelle iperveloci della Grande Nube di Magellano non possono essere spiegati da supernove in fuga o scenari di espulsione dinamica che non coinvolgono un buco nero supermassiccio,” dice il team.
Corrispondenza dei Modelli
Per testare l’ipotesi, Han e colleghi hanno simulato il modo in cui un buco nero supermassiccio nella Nube interagirebbe con i sistemi stellari vicini. Si scopre che sputerebbe stelle in un modello che corrisponde strettamente ai dati osservati, in particolare, producendo la Sovrabbondanza del Leone. “Le distribuzioni spaziali e cinematiche previste delle stelle iperveloci simulate sono sorprendentemente simili alle distribuzioni osservate,” dicono Han e colleghi.
Il team stima che la massa del presunto buco nero della Grande Nube di Magellano sia di circa 600.000 masse solari—significativamente più piccola di Sagittarius A*, che è di circa 4,3 milioni di masse solari, ma comunque all’interno dell’intervallo dei buchi neri supermassicci conosciuti. Se confermato, questo renderebbe la Grande Nube di Magellano una delle galassie più piccole conosciute ad ospitare un buco nero supermassiccio. Suggerisce che la formazione di buchi neri supermassicci deve essere più comune del previsto e potrebbe anche spiegare altre anomalie di lunga data nella dinamica della Nube.
Ad esempio, gli astronomi hanno osservato movimenti insoliti di stelle e distribuzioni di massa inspiegabili al suo interno, che potrebbero essere il risultato dell’attrazione gravitazionale di un buco nero centrale. In altre parole, questo buco nero supermassiccio potrebbe aver giocato un ruolo cruciale nel modellare la struttura interna della Nube e la sua interazione con la Via Lattea. Naturalmente, saranno necessarie ulteriori prove per confermare la scoperta. Future osservazioni con telescopi ad alta risoluzione o osservatori spaziali di nuova generazione potrebbero aiutare a rilevare le emissioni caratteristiche di un buco nero o la sua influenza gravitazionale sulle stelle vicine. E la scoperta di più stelle iperveloci, in particolare nell’emisfero australe, potrebbe rafforzare l’argomento. Se più di queste tracciano il loro percorso fino alla Nube, fornirebbe ulteriori conferme che un buco nero è all’opera.
Nel lungo termine, la Via Lattea è destinata ad avere una relazione più stretta con la Grande Nube di Magellano e il suo buco nero—le loro velocità attuali suggeriscono che si scontreranno tra circa 2,4 miliardi di anni. Nel frattempo, la ricerca di questo buco nero è destinata a iniziare seriamente.