Risolto il mistero sulla mancanza di enormi buchi neri nei dati dei telescopi

I nostri telescopi non hanno mai rilevato un buco nero più massiccio di 20 volte la massa del sole. Tuttavia, ora sappiamo della loro esistenza poiché dozzine di quei buchi neri sono stati recentemente “sentiti” fondersi tramite la radiazione di onde gravitazionali. 

Pregiudizi nei confronti dei buchi neri massicci

Un team di astronomi guidato da Peter Jonker (SRON/Radboud) ha ora scoperto che questi risultati apparentemente disparati possono essere spiegati da pregiudizi nei confronti dei buchi neri massicci nelle osservazioni dei telescopi convenzionali.

Nel 2015, le strutture LIGO hanno rilevato per la prima volta le onde gravitazionali. Sono stati emessi da due enormi buchi neri di diverse decine della massa del sole nel processo di fusione. Questa scoperta ha scosso l’universo, e anche la comunità astronomica, perché pochi astronomi avevano previsto che buchi neri così massicci esistessero, figuriamoci che potrebbero fondersi. Prima del rilevamento delle onde gravitazionali, i nostri telescopi convenzionali avevano trovato prove dell’esistenza di buchi neri di massa stellare in circa 20 casi.

Tuttavia, nessuno era mai stato trovato così massiccio come quelli ora osservati attraverso la radiazione delle onde gravitazionali emessa durante la fusione. Finora sono state rilevate circa 50 di queste coppie di buchi neri che si fondono, anche dal rivelatore europeo Virgo, di nuovo nella maggior parte dei casi coinvolgendo buchi neri massicci. I telescopi non hanno ancora trovato tali buchi neri.

Questa disparità può essere parzialmente spiegata dal volume più grande dell’universo che viene sondato dai rivelatori di onde gravitazionali. LIGO-Virgo può trovare più facilmente buchi neri così massicci perché le loro onde sono più forti rispetto a quelle dei buchi neri più leggeri, il che implica che questi potrebbero essere eventi rari, ma rumorosi. 

Ma zero rilevazioni di tali buchi neri usando i telescopi? I buchi neri, o almeno il loro ambiente vicino, si illuminano quando divorano lentamente una stella compagna. Attraverso misurazioni del moto orbitale della sfortunata stella, si può determinare la massa del buco nero.

Un team di astronomi guidato da Peter Jonker (SRON Netherlands Institute for Space Research / Radboud University) ha realizzato che il telescopio fornisce osservazioni distorte contro il rilevamento di buchi neri massicci. Tali buchi neri massicci possono, in linea di principio, essere osservati se mangiano massa da una stella compagna. Tuttavia, le circostanze per quelle osservazioni sono state troppo difficili nella pratica, spiegando la mancanza di rilevazioni di buchi neri massicci attraverso le osservazioni del telescopio.

I buchi neri più grandi si formano attraverso l’implosione di stelle massicce, invece di esplodere in supernova. Formatisi attraverso un’implosione, questi enormi buchi neri rimangono nello stesso luogo in cui è nato il loro predecessore (la stella massiccia), il piano della Via Lattea. Tuttavia, ciò significa che rimangono avvolti da polvere e gas. Le loro sorelle e fratelli buchi neri più leggeri, nati da stelle massicce attraverso esplosioni di supernova.

Ad aggravare questo pregiudizio, come realizzato da Jonker e colleghi, è che qualsiasi stella compagna di un buco nero massiccio deve orbitare a una distanza relativamente grande, rendendo più raro che una stella compagna venga divorata in una frenesia osservabile. Tali episodi sono ciò che rivela l’esistenza e la posizione dei buchi neri. Pertanto, i buchi neri più massicci riveleranno più raramente la loro posizione.

L’imminente lancio del James Webb Space Telescope (JWST) il 18 dicembre consentirà agli astronomi di testare queste idee. JWST consentirà per la prima volta la misurazione della massa di diversi sistemi di buchi neri candidati nel piano della Via Lattea. JWST sarà sensibile alla luce infrarossa e tale luce è molto meno influenzata da polvere e gas rispetto alla luce ottica tipicamente utilizzata dai telescopi terrestri. 

Inoltre, le grandi dimensioni di JWST, e la sua vantaggiosa posizione nello spazio, consentono a JWST di individuare la stella giusta da studiare tra i milioni di stelle nel piano della Via Lattea. Infine, essendo al di sopra dell’atmosfera terrestre, JWST non sarà ostacolato dalla luce infrarossa emessa dall’atmosfera.