21 Dic 2021 La Nascita di un Buco Nero in Real Time
La causa del misterioso lampo AT2018cow, proveniente da una galassia distante 200 milioni di anni luce da noi e molto più brillante e rapido di una tipica supernova, è stata rivelata: sembra che gli astronomi siano stati testimoni diretti di un’esplosione stellare che ha portato alla nascita di un oggetto compatto, come un buco nero o una stella di neutroni. L’oggetto ha continuato a inglobare materiale circostante, divorando la stella dall’interno, nel corso di un processo che ha generato il rilascio di immense raffiche di energia.
Nel Giugno 2018 gli astronomi osservarono un’esplosione cosmica con caratteristiche e comportamento sorprendente. L’oggetto, chiamato AT2018cow, attirò l’attenzione di scienziati di tutto il mondo e venne studiato a lungo. Nel giro di tre giorni il fenomeno produsse un’improvvisa esplosione tra 10 volte e 100 volte più brillante di una tipica supernova. Il misterioso lampo cosmico fu molto più rapido di ogni detonazione stellare conosciuta, con particelle in viaggio al 10 percento della velocità della luce: nel giro di 16 giorni il fenomeno luminoso, accaduto in una galassia distante 200 milioni di anni luce da noi, aveva già emesso gran parte della sua energia. Secondo gli scienziati, fenomeni come questo, chiamati Fast Blue Optical Transients (FBOT) e particolarmente rari da osservare, rappresentano un tipo di evento cosmico potente, rapido ed estremamente energetico.
Immagine di AT2018cow e della sua galassia ospite ottenuta il 17 Agosto 2018 utilizzando l’osservatorio Keck CREDIT R. MARGUTTI/W. M. KECK OBSERVATORY
Ora un team del MIT ha studiato più a fondo la sorgente del segnale. In aggiunta al brillante flash in banda ottica, gli scienziati hanno rilevato centinaia di milioni di impulsi di radiazione X ad alta energia, scoprendo che tali impulsi erano regolari, verificandosi ogni 4,4 millisecondi nel corso di un periodo di 60 giorni. Sulla base della frequenza degli impulsi, il team ha calcolato che la radiazione X doveva provenire da un oggetto non più esteso di un migliaio di chilometri, con una massa inferiore a 800 volte quella del Sole. Un simile oggetto compatto può essere considerato un buco nero o una stella di neutroni. I dati dello studio pubblicato su Nature Astronomy suggeriscono che AT2018cow derivi da una stella morente che, collassando su se stessa, ha dato origine a un buco nero o una stella di neutroni. L’oggetto neonato ha continuato a inglobare materiale circostante, divorando la stella dall’interno, un processo che provoca il rilascio di immense raffiche di energia.
“Abbiamo probabilmente scoperto la nascita di un oggetto compatto durante una supernova”, spiega Dheeraj Pasham del Kavli Institute for Astrophysics and Space Research del MIT, a guida dello studio. “Questo avviene anche nelle normali supernove, ma non abbiamo mai osservato niente di simile perché si tratta di processi particolarmente caotici e complessi. Riteniamo che questa nuova scoperta apra altre possibilità di scovare buchi neri neonati o stelle di neutroni bambine”. Eventi come AT2018cow iniziano allo stesso modo di alcune supernove, quando una stella massiccia, ormai giunta al termine della sua evoluzione, esplode per poi collassare su se stessa, auto-distruggendosi. La differenza tra i FBOT e le normali supernove risiede probabilmente nei processi che avvengono subito dopo l’esplosione iniziale. Nel caso di AT2018cow gli scienziati potrebbero aver osservato per la prima volta la creazione di un oggetto compatto in real time.
Studi precedenti avevano ipotizzato che il fenomeno ultra-luminoso potesse derivare dalla “spaghettificazione” di una stella nel corso di un evento di distruzione mareale, in cui un massiccio buco nero la riduce in flusso gassoso diretto nelle sue fauci. Pasham ha cercato una risposta all’enigma andando a cercare i segnali emessi dalla sorgente. Il team ha analizzato i dati raccolti dal Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) della NASA nel corso di 60 giorni e ha identificato i segnali provenienti proprio da AT2018cow, individuando lampi di radiazione X emessi ogni 4,4 millisecondi. Sulla base dei dati a disposizione, il team è riuscito a ricavare la possibile dimensione dell’oggetto pulsante e una stima della sua massa.
La pulsazione periodica potrebbe essere prodotta da vari meccanismi, a seconda della natura dell’oggetto compatto. Se si tratta di una stella di neutroni, 4,4 millisecondi può essere il suo tasso di rotazione. Se invece si tratta di un buco nero, l’emissione potrebbe essere dovuta a materiale che ricade indietro verso il buco nero neonato, generando emissione di raggi X. L’evento rimane ancora per certi versi misterioso. Di qualsiasi oggetto compatto si tratti, rimangono ancora alcune caratteristiche difficili da spiegare, ad esempio la regolarità e la stabilità dell’emissione in banda X, in caso si tratti di un buco nero. Studi futuri potranno forse aiutarci a risolvere definitivamente l’enigma.
Nell’immagine rappresentazione artistica di un’esplosione di supernova
Credit: Aaron M. Geller/Northwestern University
https://news.mit.edu/2021/stellar-black-hole-neutron-star-1213
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