L’immagine artistica di V404 Cygni rappresenta una stella che viene risucchiata nel disco di accrescimento attorno a un buco nero, con una stella compagna luminosa sullo sfondo. Questo sistema binario a raggi X, composto da un buco nero e una stella in fase di consumo, ha rivelato la presenza di un terzo membro in orbita. A meno che non si siano verificati scenari improbabili, l’esistenza di quello che i ricercatori chiamano un “triplo buco nero” indica un metodo di formazione dei buchi neri finora sconosciuto.
La Scoperta di V404 Cygni
Un Sistema Binario con una Sorpresa
I buchi neri sono oggetti cosmici che non possiamo osservare direttamente, il che significa che potrebbero essercene molti nascosti nello spazio senza che ne siamo a conoscenza. Tuttavia, quando ne diventiamo consapevoli, è spesso grazie alle emissioni ad alta energia prodotte mentre una stella compagna viene lentamente consumata, creando quello che è noto come un sistema binario a raggi X. V404 Cygni è stato uno dei primi di questi sistemi a essere scoperto e uno dei più studiati, ma ora si è rivelato qualcosa di più complesso.
La Rarità dei Sistemi Tripli
I sistemi stellari tripli esistono, come dimostra il nostro vicino più prossimo, ma sono molto più rari rispetto ai sistemi binari. Inoltre, quando le stelle di neutroni si formano da supernove, emettono così tanta energia che le stelle o i pianeti vicini possono essere espulsi dal sistema, un fenomeno noto come “calcio natale”. Si ritiene che questi calci natali siano la causa principale delle stelle fuggitive che a volte troviamo in corsa attraverso la galassia.
La Formazione dei Buchi Neri
L’Ipotesi del Collasso Diretto
Poiché i buchi neri di massa stellare sono il prodotto di stelle ancora più grandi, è logico aspettarsi esplosioni più potenti, accompagnate da calci natali più intensi. Anche se un buco nero si formasse in un sistema stellare triplo, si pensava che almeno un componente sarebbe stato espulso, lasciando un sistema binario. Tuttavia, gli astronomi hanno iniziato a vedere indizi che potrebbero contraddire questa ipotesi, e ora hanno qualcosa di simile a una prova.
La Scoperta di un Terzo Compagno
V404 Cygni era noto per essere composto da un buco nero con una massa nove volte quella del Sole, orbitato da una stella ogni 6,5 giorni, abbastanza vicina da permettere al gas di essere attratto dagli strati esterni della stella nel pozzo gravitazionale del buco nero. Ora, il professor Kevin Burdge del MIT e i suoi coautori hanno scoperto un altro compagno che orbita ogni 70.000 anni.
Implicazioni della Scoperta
Un Legame Gravitazionale Debole
Un compagno vicino potrebbe essere fortemente influenzato da una supernova, ma sarebbe così strettamente legato che il calcio natale potrebbe non riuscire a liberarsene. Tuttavia, il legame tra stelle con un periodo orbitale di 70.000 anni sarebbe eccezionalmente debole. Burdge ha spiegato che la gravità in questo caso è come un filo di ragnatela: se si tira troppo forte, si rompe e si perde il compagno.
La Proposta del Collasso Diretto
Burdge e i suoi coautori calcolano che il calcio natale quando V404 Cygni si è formato non avrebbe potuto superare i 5 chilometri al secondo, molto meno di quanto considerato normale per le supernove che portano alla formazione di stelle di neutroni. Questo ha portato Burdge e i suoi coautori a proporre che il buco nero di V404 Cygni si sia formato attraverso un “collasso diretto”, senza una fase di supernova. I fisici hanno ipotizzato il collasso diretto per stelle giganti per anni, ma questa è la prima evidenza concreta, rafforzata dalla misurazione dei movimenti di V404 Cygni, che si muove alla stessa velocità delle stelle vicine.
Conclusioni e Prospettive Future
L’Importanza della Scoperta
Questa scoperta mette in discussione l’idea che la maggior parte dei buchi neri si formi da esplosioni violente di stelle. Il sistema di V404 Cygni è estremamente interessante per l’evoluzione dei buchi neri e solleva anche domande sulla possibilità che esistano altri sistemi tripli. La possibilità che i tripli buchi neri siano relativamente comuni è aumentata dal fatto che il team l’ha trovato senza cercarlo deliberatamente. Stavano cercando buchi neri non scoperti all’interno della Via Lattea utilizzando un database di immagini telescopiche, e Burdge ha deciso di vedere come appariva un esempio famoso con questi strumenti, scegliendo V404 Cygni.
Il Futuro della Ricerca sui Buchi Neri
Burdge non è stato il primo a notare una stella apparentemente vicina, ma altri hanno supposto che si fossero semplicemente allineati, e che la stella fosse molto più vicina o più distante del buco nero. Burdge ha invece indagato e ha scoperto che 10 anni di dati di Gaia mostrano che si stanno muovendo insieme. Il team ha concluso che la stella aggiuntiva è cento volte più lontana dal buco nero di quanto Plutone sia dal Sole. Il fatto che il compagno esterno non sarebbe mai stato notato se il sistema fosse stato il 50% più lontano, o fosse stato più del 40% meno massiccio, sottolinea quanto sia probabile che ci stiamo perdendo ulteriori esempi.
La scoperta offre un bonus scientifico: una stella in fase di consumo non segue le normali leggi dell’invecchiamento, ma una così lontana come il terzo membro sì. Di conseguenza, il compagno più esterno è stato misurato come avente un’età compresa tra 3 e 5 miliardi di anni. Se i tre si fossero formati insieme, il buco nero avrebbe trascorso una frazione minima di quel tempo come stella ordinaria, prima della sua metamorfosi. “Non siamo mai stati in grado di fare questo prima per un vecchio buco nero”, ha detto Burdge.
Forse il nome avrebbe potuto essere un indizio: V404, tracce di supernova non trovate. I buchi neri supermassicci si formano attraverso un processo diverso e possono unirsi quando le galassie si fondono. Di conseguenza, sono stati trovati molti esempi con due buchi neri in orbita l’uno attorno all’altro, spesso mentre almeno uno sta consumando una stella. Abbiamo persino visto un sistema di triplo buco nero. Tuttavia, la frequenza di questi eventi non significa che ci si aspettasse lo stesso per i buchi neri di massa stellare.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature.
