Un intero sciame di buchi neri è stato individuato mentre si muoveva attraverso la Via Lattea

Rappresentazione artistica di buchi neri in un ammasso. (ESA/Hubble, N. Bartmann)

Un soffice ammasso di stelle che si riversa nel cielo potrebbe avere un segreto nascosto nel suo cuore: uno sciame di oltre 100 buchi neri di massa stellare. Se questa scoperta può essere convalidata, spiegherà come l’ammasso è diventato così com’è:

con le sue stelle distanziate di anni luce l’una dall’altra, che si diffondono in un flusso stellare che si estende per 30.000 anni luce. L’ammasso stellare in questione si chiama Palomar 5, situato a circa 80.000 anni luce di distanza. Tali ammassi globulari sono spesso considerati “fossili” dell’Universo primordiale. Sono molto densi e sferici, contengono tipicamente da 100.000 a 1 milione di stelle molto vecchie; alcuni, come NGC 6397 , sono vecchi quasi quanto l’Universo stesso. In ogni ammasso globulare, tutte le sue stelle si sono formate contemporaneamente, dalla stessa nube di gas. La Via Lattea ha circa 150 ammassi globulari conosciuti ; questi oggetti sono ottimi strumenti per studiare, ad esempio, la storia dell’Universo, o il contenuto di materia oscura delle galassie attorno alle quali orbitano. Ma c’è un altro tipo di gruppo stellare che sta guadagnando più attenzione: flussi di marea, lunghi fiumi di stelle che si estendono nel cielo. In precedenza, questi erano stati difficili da identificare, ma con l’osservatorio spaziale Gaia che lavorava per mappare la Via Lattea con alta precisione in tre dimensioni, più di questi flussi sono stati portati alla luce. Non sappiamo come si formano questi flussi, ma un’idea è che siano ammassi stellari interrotti”, ha spiegato l’astrofisico Mark Gieles dell’Università di Barcellona in Spagna.

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“Tuttavia, nessuno dei flussi scoperti di recente ha un ammasso stellare associato, quindi non possiamo esserne sicuri. Quindi, per capire come si sono formati questi flussi, dobbiamo studiarne uno con un sistema stellare ad esso associato. Palomar 5 è il unico caso, rendendolo una Stele di Rosetta per comprendere la formazione del flusso ed è per questo che l’abbiamo studiato in dettaglio.” Palomar 5 sembra unico in quanto ha sia una distribuzione di stelle molto ampia e sciolta che un lungo flusso di marea, che copre più di 20 gradi del cielo, quindi Gieles e il suo team si sono diretti su di esso. Il team ha utilizzato simulazioni dettagliate di N-corpi per ricreare le orbite e le evoluzioni di ogni stella nell’ammasso, per vedere come avrebbero potuto finire dove sono oggi. Poiché recenti prove suggeriscono che potrebbero esistere popolazioni di buchi neri nelle regioni centrali degli ammassi globulari e poiché è noto che le interazioni gravitazionali con i buchi neri mandano via le stelle, gli scienziati hanno incluso i buchi neri in alcune delle loro simulazioni. I loro risultati hanno mostrato che una popolazione di buchi neri di massa stellare all’interno di Palomar 5 avrebbe potuto portare alla configurazione che vediamo oggi. Le interazioni orbitali avrebbero lanciato le stelle fuori dall’ammasso e nel flusso di marea, ma solo con un numero di buchi neri significativamente più alto del previsto.

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Le stelle in fuga dall’ammasso in modo più efficiente e rapido rispetto ai buchi neri avrebbero alterato la proporzione dei buchi neri, facendola alzare un po’. “Il numero di buchi neri è circa tre volte più grande del previsto dal numero di stelle nell’ammasso, e significa che più del 20% della massa totale dell’ammasso è costituito da buchi neri”, ha detto Gieles . “Ognuno ha una massa di circa 20 volte la massa del Sole e si sono formati in esplosioni di supernova alla fine della vita delle stelle massicce, quando l’ammasso era ancora molto giovane”. In circa un miliardo di anni, le simulazioni del team hanno mostrato, l’ammasso si dissolverà completamente. Poco prima che ciò accada, ciò che rimane dell’ammasso consisterà interamente di buchi neri, in orbita attorno al centro galattico. Ciò suggerisce che Palomar 5 non è unico, dopotutto:

si dissolverà completamente in un flusso stellare, proprio come altri che abbiamo scoperto. Suggerisce anche che altri ammassi globulari probabilmente condivideranno lo stesso destino, alla fine. E offre conferma che gli ammassi globulari potrebbero essere luoghi eccellenti per cercare buchi neri che alla fine si scontreranno, così come l’elusiva classe dei buchi neri di peso medio , tra i pesi leggeri di massa stellare e i pesi massimi supermassicci. “Si ritiene che una grande frazione delle fusioni binarie di buchi neri si formi negli ammassi stellari”, ha affermato l’astrofisico Fabio Antonini dell’Università di Cardiff nel Regno Unito. “Una grande incognita in questo scenario è quanti buchi neri ci sono negli ammassi, che è difficile da limitare osservativamente perché non possiamo vedere i buchi neri. Il nostro metodo ci dà un modo per imparare quanti buchi neri ci sono in un ammasso stellare da guardando le stelle che espellono.” La ricerca è stata pubblicata su Nature Astronomy .

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