Gli astronomi che utilizzano il telescopio spaziale Hubble hanno identificato la sorgente di una misteriosa luce blu, che circonda un buco nero di enorme massa nella vicina galassia Andromeda (M31). Anche se la luce suscita interrogativi agli astronomi da più di dieci anni, la nuova scoperta rende la storia ancora più misteriosa.
La luce blu arriva da un disco di stelle giovani e caldissime. Queste stelle ruotano attorno al buco nero, proprio come i pianeti del nostro sistema solare ruotano attorno al Sole. Gli astronomi sono perplessi sul come un disco di stelle possa formarsi così vicino ad un buco nero. In un ambiente così ostile le forze di marea del buco nero dovrebbero tenere il materiale disperso, rendendo difficile alla polvere ed ai gas di collassare e formare delle stelle. Le osservazioni, dicono gli astronomi, possono fornire degli indizi sulle attività nei nuclei di galassie più distanti.
Con la scoperta del disco di stelle, gli astronomi hanno anche raccolto quello che loro definiscono una evidenza a prova di bomba della esistenza di buchi neri giganteschi. La prova ha aiutato gli astronomi a cancellare tutte le altre teorie alternative per spiegare la massa incognita nel nucleo di Andromeda, che da molto tempo gli astronomi sospettano sia un buco nero.
"Vedere queste stelle è come guardare un mago che sta estraendo un coniglio dal suo cilindro. Sai che è successo ma non sai come è successo" Ha detto Tod Lauer del National Optical Astronomy Observatory di Tucson, Arizona.
Hubble Sonda La Strana Luce Blu
Sono stati Ivan King dell’Università di Washington e i suoi colleghi a trovare per la prima volta la strana luce blu, nel 1995. Essi dapprima pensarono che la luce avesse potuto arrivare da una singola stella blu o forse da un processo energetico più inusuale. Tre anni dopo, Lauer e Sandra Faber della Università della California a Santa Cruz hanno usato di nuovo Hubble per studiare la luce blu. Le loro osservazioni indicavano che quella luce era un ammasso di stelle blu. Adesso le nuove osservazioni fatte con lo Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) rivelano che la luce blu deriva da più di 400 stelle che si sono formate 200 milioni di anni fa. Le stelle formano un disco compatto che ha un diametro di un solo anno luce. Il disco è annidato all’interno di un anello ellittico di stelle più vecchie, più fredde, più rosse e che era stato notato da Hubble in precedenti osservazioni.
Gli astronomi hanno usato lo STIS per misurare la velocità di quelle stelle. Ne hanno ricavato la velocità calcolando quanto si allungano e i accorciano le loro lunghezze d’onda quando passano vicino al buco nero. Sotto la presa della forza di gravitazione del buco nero le stelle si muovono molto velocemente: 3.6 milioni di chilometri all’ora o 1.000 chilometri al secondo. Si muovono così velocemente che impiegherebbero 40 secondi a girare attorno alla Terra e sei minuti per arrivare sulla Luna. Le stelle più veloci completano una orbita in 100 anni.
Il nucleo attivo di Andromeda probabilmente ha prodotto altri dischi di stelle simili nel passato e potrebbe continuare a formarle nel futuro.
"Le stelle blu nel disco hanno vita così breve che è improbabile che nella storia di 12 miliardi di anni della galassia di Andromeda un disco dalla vita così breve possa apparire proprio adesso" ha detto Lauer "Ecco perché pensiamo che il meccanismo che ha prodotto quel disco di stelle probabilmente ne ha formati degli altri nel passato e ne formerà degli altri in futuro. Comunque non conosciamo ancora come si possa essere formato un disco la prima volta. Rimane ancora un enigma".
Gli astronomi attribuiscono la scoperta del disco alla superba "vista" di Hubble.
"Solo Hubble ha la risoluzione nella luce blu, necessaria ad osservare quel disco" ha detto Richard Green, membro del team del National Optical Astronomy Observatory a Tucson "È così piccolo e si distingue così bene dalle altre stelle rosse che lo circondano, che siamo stati in grado di usarlo per sondare fino al nucleo dinamico di Andromeda". Queste osservazioni sono state prese dai membri del nostro team che ha costruito lo STIS. Abbiamo progettato il suo canale nel visibile proprio per afferrare una tale opportunità – di misurare la luce stellare molto vicina ad un buco nero.
Una prova certa dell’esistenza di un buco nero colossale
Oltre alla scoperta del disco di stelle, gli astronomi hanno sfruttato la possibilità di vedere Andromeda così da vicino, per provare con certezza che la galassia ospita un buco nero centrale. Nel 1988, nel corso di alcuni studi indipendenti, John Kormendy e il team di Alan Dressler e Douglas Richstone scoprirono un oggetto oscuro nel centro di Andromeda, che ritennero un buco nero supermassivo. Si trattava del primo caso significativo di una serie a tutt’ora di 40 rilevazioni di buchi neri, fatte in massima parte da Hubble. Tali osservazioni, tuttavia, non escludevano in modo definitivo alternative molto inusuali e molto meno probabili.
"Vi sono ragioni stringenti per credere che questi siano buchi neri supermassivi" sostiene Kormendy "Ma affermazioni così estreme richiedono prove straordinariamente solide. Dobbiamo essere sicuri che questi siano dei buchi neri e non ammassi oscuri di stelle morte.
Le osservazioni di Andromeda con lo STIS sono così precise che gli astronomi hanno escluso qualsiasi altra ipotesi possibile sulla natura dell’oggetto scuro centrale. Hanno anche calcolato che la massa del buco nero è 140 milioni di volte quella del Sole, tre volte più grande di quanto si ritenesse in precedenza.
Fino a questo momento, si è definitivamente esclusa la presenza di ammassi oscuri in in due sole galassie: NGC 4258 e la nostra galassia, la Via Lattea. "Queste due galassie ci hanno fornito la prova inequivocabile che i buchi neri esistono" ha aggiunto Kormendy "ma si tratta di casi particolari: NGC 4258 contiene un disco di maser d’acqua che osserviamo con i radiotelescopi, mentre il centro della nostra galassia è così vicino che possiamo seguire le orbite individuali delle stelle. Andromeda è la prima galassia per la quale possiamo escludere tutte le ipotesi alternative ad un buco nero, usando Hubble e le stesse tecniche con le quali scopriamo quasi tutti i buchi neri supermassivi".
"Studiare buchi neri è sempre stata una missione primaria di Hubble" ha detto Kormendy "Inchiodare il buco nero di Andromeda è senza dubbio una parte importante della sua eredità. Ci dà più sicurezza che anche gli altri oggetti scuri scoperti nel centro di varie galassie siano buchi neri".
"Ora che abbiamo dimostrato che c’è un buco nero al centro del disco di stelle blu, diventa difficile capire la formazione di queste stelle" ha aggiunto Bender "I gas che potrebbero formare stelle devono ruotare così velocemente intorno al buco nero – e molto più velocemente vicino al buco nero che più lontano da esso – che la formazione di stelle appare quasi impossibile. Ma le stelle sono lì.
Un nucleo galattico attivo
Il buco nero e il disco di stelle non sono i soli elementi nell’architettura del nucleo di Andromeda. Una squadra guidata da Lauer e Faber ha usato Hubble nel 1993 per scoprire che la galassia ha un doppio ammasso di stelle al suo centro. Questa scoperta fu una sorpresa, perché due ammassi dovrebbero fondersi in uno in solo poche centinaia di migliaia di anni. Scott Tremaine dell’Università di Princeton ha risolto questo problema, suggerendo che il "doppio nucleo" fosse in realtà un anello di vecchie stelle rosse. L’anello appariva come due ammassi stellari perché gli astronomi stavano guardando soltanto le stelle agli opposti estremi dell’anello. L’anello si trova a circa cinque anni luce dal buco nero e dal disco di stelle blu che lo circonda. Se osservati dalla Terra il disco e l’anello sono inclinati dello stesso angolo, il che suggerisce che possano essere correlati.
Anche se gli astronomi sono sorpresi di trovare un disco di stelle blu che ruota vorticosamente intorno a un buco nero supermassivo, pensano però che questa enigmatica architettura non sia inusuale.
"Le dinamiche interne al nucleo di questa galassia vicina possono essere più comuni di quanto crediamo" ha spiegato Lauer "Sembra che la nostra Via Lattea abbia stelle ancora più giovani vicino al suo buco nero. Sembra improbabile che solo le due grandi galassie più vicine abbiano questa strana attività. Così un tale comportamento potrebbe essere non l’eccezione, ma la regola. Abbiamo già trovato altre galassie che possiedono un doppio nucleo".