Scena del crimine: un buco nero mangia una stella

Illustrazione di una stella distrutta dall'immensa influenza gravitazionale di un enorme buco nero.
Illustrazione di una stella distrutta dall’immensa influenza gravitazionale di un enorme buco nero. Credit: NASA

Una scena del crimine cosmica alla CSI (n.b. il telefilm), ha rivelato i dettagli violenti delle abitudini alimentari dei buchi neri. In un nuovo studio, gli astronomi hanno studiato la distruzione di una stella ad opera di un buco nero supermassiccio. Questi titani cosmici consumano il materiale degli oggetti che si avventurano troppo vicino a loro. La ricerca mostra che una quantità significativa di questo materiale viene spazzata via dal buco nero, invece di essere consumata.

La scena del crimine

L’atto violento è avvenuto a 215 milioni di anni luce dalla Terra. Osservato per la prima volta nell’ottobre 2019, rappresenta le cosa accade ad una stella simile al Sole distrutta da un buco nero di 1 milione di volte la sua massa. Questo è l’esempio più vicino di un corpo stellare “spaghetizzato” dalle enormi forze di marea generate da un buco nero, che gli astronomi abbiano mai individuato. L’evento distruttivo in particolare mostra l’interruzione del TDE (tidal disruption event). Verificatosi nella costellazione dell’Eridano è il primo ad essere abbastanza luminoso nel visibile, da consentire agli astronomi di studiare cosa accade al materiale stellare.

Osservando la polarizzazione della luce dell’evento, i ricercatori dell’Università della California, hanno dedotto che gran parte del materiale stellare è stato spazzato via dal buco nero a velocità fino a 35 milioni di km/h. Questa esplosione, denominata AT2019qiz, ha creato una nuvola di gas, che queste nuove osservazioni di luce polarizzata, rivelano essere sfericamente simmetrica. La nuvola di gas è larga 200 volte la distanza media Terra-Sole. Significa che il suo raggio è 100 volte più grande dell’orbita della Terra e il suo bordo esterno si trova a circa 1,5 miliardi di chilometri dal buco nero centrale. 

“Una delle cose più folli che un buco nero supermassiccio può fare è distruggere una stella con le sua enorme forze gravitazionale” ha dichiarato Wenbin Lu, astronomo della UC Berkeley. “L’interruzione delle maree stellari (TDE) è uno dei pochissimi modi in cui gli astronomi conoscono l’esistenza di buchi neri supermassicci al centro delle galassie. Tuttavia, a causa dell’estremo costo computazionale nella simulazione numerica di tali eventi, gli astronomi ancora non capiscono i complicati processi dopo l’interruzione di marea.”

L’indiziato: il buco nero

Le nuove scoperte potrebbero spiegare perché gli astronomi non vedono emissioni ad alta energia, come i raggi X. Tali emissioni vengono create quando il materiale della stella viene trascinato in un sottile disco attorno al buco nero. Il materiale riscaldato nel disco crea emissioni ad alta energia, che si manifestano anche quando il materiale cade nel buco nero. Queste emissioni sono oscurate da nubi di gas espulse.

Una simulazione dell'evento di interruzione delle maree TDE che si verifica quando una stella si avvicina troppo vicino a un buco nero. La simulazione mostra il materiale stellare della stella che circonda il titano cosmico prima di cadere sulla sua superficie.
Una simulazione dell’evento di interruzione delle maree TDE che si verifica quando una stella si avvicina troppo vicino a un buco nero. La simulazione mostra il materiale stellare della stella che circonda il titano cosmico prima di cadere sulla sua superficie. Credit: NASA

“Le osservazioni escludono una serie di soluzioni che sono state proposte e ci dà un vincolo più forte su ciò che accade al gas attorno a un buco nero” ha affermato Kishore Patra, astronomo presso l’UC Berkeley e autore principale dell’articolo (rif.)“Il fatto interessante è che una frazione significativa del materiale della stella non cade alla fine nel buco nero, ma viene spazzata via dal buco nero” ha ribadito. I risultati sembrano contraddire una teoria proposta da molti astronomi: quando una stella viene distrutta da un buco nero, si forma un disco di accrescimento altamente asimmetrico con un alto grado di luce polarizzata.

La seconda serie di osservazioni nel novembre 2019 hanno mostrato che la luce proveniente dal buco nero era solo leggermente polarizzata. Questa scoperta ha suggerito che la nuvola di gas del materiale espulso si era assottigliata abbastanza da rivelare la struttura asimmetrica del gas attorno al buco nero, ha affermato il team.

La geometria del disco di accrescimento

“Il disco di accrescimento stesso è abbastanza caldo da emettere la maggior parte della sua luce nei raggi X. Quella luce deve attraversare questa nuvola, e ci sono molti scattering, assorbimenti e riemissione prima che possa fuoriuscire. In ciascuno di questi passaggi, la luce perde parte della sua energia, scendendo all’ultraviolette e visibile. La dispersione finale determina quindi lo stato di polarizzazione del fotone. Misurando la polarizzazione, possiamo dedurre la geometria della superficie dove avviene la dispersione finale” ha spiegato Patra.

Petra ha aggiunto anche che lo “scenario del letto di morte” osservato dal team per questa stella potrebbe non applicarsi ai TDE in cui getti di materiale vengono espulsi a velocità prossime alla luce, solo dai poli del buco nero. Per rispondere a questa domanda, saranno necessari ulteriori studi sulla polarizzazione dei TDE. “Gli studi sulla polarizzazione sono molto impegnativi e pochissime persone sono abbastanza esperte della tecnica in tutto il mondo per utilizzarla”, ha detto Patra. “Quindi, questo è un territorio inesplorato per eventi di interruzione delle maree”.

Entrambe le serie di osservazioni sono state effettuate utilizzando il telescopio Shane di 3 metri, presso l’Osservatorio Lick vicino a San Jose, in California. Il telescopio è dotato dello spettrografo Kast, uno strumento in grado di determinare la polarizzazione della luce sull’intero spettro ottico.

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