La stella prigioniera del buco nero

La stella prigioniera del buco nero supermassiccio, al centro della galassia GSN 069, è stata scoperta grazie a potenti emissioni di radiazioni X. La stella, una piccola nana bianca intrappolata in un’orbita ellittica continua a nutrire il mostruoso oggetto cosmico.

I buchi neri supermassicci grazie alla loro intensa gravità, riescono a catturare la materia presente nelle loro vicinanze. Questa materia orbitando in un disco di accrescimento viene surriscaldata fino ad emettere potenti radiazioni X che possono essere rilevate anche dalla Terra.

Questi eventi non hanno nulla di eccezionale, ma lo diventano quando le radiazioni X vengono emesse con la regolarità di un orologio.

Questo strano comportamento è stato osservato nel 2019 da un buco nero supermassiccio al centro di una galassia distante 250 milioni di anni luce dalla Terra. Ogni 9 ore il buco nero supermassiccio emette potenti flussi di radiazioni X nello spazio circostante.

Dopo uno studio accurato, l’astronomo Andrew King dell’Università di Leicester nel Regno Unito, ha identificato la potenziale causa: una stella prigioniera in orbita attorno al buco nero supermassiccio.

La stella prigioniera è condannata a percorrere un’orbita ellittica perdendo ad ogni passaggio un po’ di materia.

La stella prigioniera: una nana bianca

L’astro non è una vera e propria stella, ma ciò che ne resta, una nana bianca che percorre un’orbita ellittica attorno a un buco nero supermassiccio in circa 9 ore.

Nel suo punto più vicino, che è pari a 15 volte il raggio dell’orizzonte degli eventi del buco nero, il gas viene strappato dalla stella prigioniera in un disco di accrescimento attorno al buco nero, dove si riscalda ed emette i raggi X che sono stati osservati da due veicoli spaziali.

Il buco nero è il nucleo di una galassia chiamata GSN 069 con una massa 400.000 volte quella del Sole ed è circondato da un disco di accrescimento di materiale surriscaldato.

Secondo il modello sviluppato da King, il buco nero supermassiccio ha iniziato la fase di accrescimento attivo, quando una stella simile al Sole nello stadio finale di gigante rossa si è avvicinata un po’ troppo.

Il buco nero ha spogliato la stella dei suoi strati esterni, trasformandola precocemente in una nana bianca che è il nucleo spento di una stella che ha esaurito il suo combustibile nucleare (le nane bianche brillano per il calore residuo, non per i processi di fusione). La stella prigioniera del buco nero ora compie la sua orbita e continuerà ad essere divorata.

Sulla base della magnitudine dei raggi X emessi e dalla comprensione dei bagliori prodotti dal trasferimento di massa del buco nero e dell’orbita della stella, King è stato in grado di calcolarne la massa, che è circa 0,21 volte la massa del Sole.

Se assumiamo che la stella sia una nana bianca, possiamo inferire, in base alle conoscenze delle altre nane bianche e dell’evoluzione stellare, che la stella prigioniera è ricca di elio, avendo esaurito l’idrogeno da molto tempo.

In base ai parametri calcolati da King, sappiamo che l’orbita della stella oscilla leggermente, come una trottola che perde velocità. Questa oscillazione dovrebbe ripetersi ogni due giorni circa, e potremmo persino essere in grado di rilevarla, osservando il sistema abbastanza a lungo.

Questo potrebbe essere uno dei meccanismi che consentono ai buchi neri di diventare sempre più massicci. Tuttavia occorre studiare molti altri sistemi per affermarlo con certezza.

Il buco nero al centro della galassia GSN 069 non ha una massa enorme per essere un buco nero supermassiccio, il che significa che la stella può orbitare più vicina ad esso.

Per sopravvivere a un buco nero più massiccio, una stella dovrebbe occupare un’orbita molto più ampia, e questo significa che qualsiasi periodicità nell’alimentazione del buco nero verrebbe meno. E se la stella si allontanasse troppo, il buco nero la farebbe a pezzi.

Aver trovato un sistema simile non è certamente un caso, anzi, probabilmente sistemi simili sono molto comuni. La stella prigioniera potrebbe non essere l’unico astro di questo tipo.

“In termini astronomici, questo evento è visibile ai nostri attuali telescopi solo per un breve periodo – circa 2.000 anni, quindi a meno che non siamo stati straordinariamente fortunati ad averlo osservato, potrebbero essercene molti altri che altrove nell’Universo” ha spiegato King.

Per quanto riguarda il futuro della stella prigioniera del buco nero, rimarrà esattamente dov’è, in orbita, e continuerà a essere lentamente dilaniata per miliardi di anni. La nana bianca con il passare del tempo aumenterà di dimensioni e diminuirà di densità fino a trasformarsi in un gigante gassoso.

La stella prigioniera non ha scampo, con lo scorrere del tempo verrà consumata ad ogni orbita.