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Lampi Gamma che svelano buchi neri di massa intermedia?

Uno studio da poco pubblicato su Nature Astronomy ipotizza l’esistenza di un buco nero di 55 mila masse solari per spiegare l’effetto di lente gravitazionale osservato sui fotoni di un gamma ray burst (che rappresentano esplosioni brillanti di energia che si ritiene abbiano origine dalla fusione di stelle di neutroni o supernove giganti). Si tratterebbe di un rarissimo esempio di buco nero di massa intermedia, cioè a metà strada tra i “piccoli” buchi neri stellari (dell’ordine delle 10 masse solari), e i mostruosi buchi neri supermassicci ospitati al centro delle galassie (da milioni a miliardi di masse solari).

Gli astronomi delle Università di Melbourne e Monash, autori della ricerca, hanno passato in rassegna i circa 2700 lampi gamma elencati nel catalogo dello strumento BATSE del Compton Gamma Ray Observatory della NASA, con l’obiettivo di trovare in almeno uno di questi segnali l’eco prodotta da una lente gravitazionale. In pratica, un oggetto massiccio che si interpone tra la sorgente del gamma ray burst e noi osservatori può produrre un secondo segnale che, a causa della deformazione dello spazio-tempo, arriva con un certo ritardo. Se il ritardo va dal millisecondo al secondo, allora la massa che agisce da lente corrisponde a quella di un buco nero di massa intermedia.

Rappresentazione artistica dell’effetto di lente gravitazionale prodotto da un buco nero di massa intermedia posto a metà strada fra la Terra (a sinistra) e una sorgente di lampi di raggi gamma (a destra). Il buco nero, con la sua massa, curva lo spazio-tempo e fa piegare la luce del lampo gamma. Crediti: Carl Knox, OzGrav.

È questo il ragionamento fatto dai ricercatori, che, analizzando la luce del lampo gamma Grb 950830, giunto a noi nel 1995, hanno misurato un ritardo di 390 millisecondi, compatibile con una massa di appunto circa 55 mila masse solari.

Buco nero di massa intermedia o ammasso globulare?

Che si tratti di un buco nero non è certo. Infatti l’effetto lente gravitazionale potrebbe anche essere stato causato da un ammasso globulare (essi si concentrano nelle regioni di alone galattico, le regioni più periferiche di una galassia), anche se il team lo ritiene estremamente improbabile perché gli ammassi globulari sono forse 100 volte meno diffusi dei buchi neri di massa intermedia e, di conseguenza, la probabilità di trovarne uno nel posto giusto diventa veramente esigua.

Ipotesi sulla formazione degli IMBH

Dal 2004, le simulazioni hanno indicato che, per piccoli ammassi stellari compatti, le fusioni tra le stelle avvengono durante la fase evolutiva di stella gigante, prima che la stella passi nella fase di supernova fino a disturbare il sistema stellare stesso, portando a una collisione incontrollata di altre stelle e alla formazione di una stella che viene definita “megastella” di circa 100 volte la massa del Sole. Questi oggetti di breve durata potrebbero dar vita a buchi neri di massa intermedia che, col passare del tempo, crescono attraverso l’accrescimento e le successive fusioni con altre stelle, come quello del 21 maggio 2019, prodotto dalla fusione di due buchi neri di 85 e 65 masse solari, con la formazione di un buco nero di 142 masse solari, che rientra nella definizione di massa intermedia. Purtroppo, le “firme” osservative dirette dell’esistenza di questi buchi neri di massa intermedia sono piuttosto sfuggenti.

Gli IMBH sono difficili da osservare

I buchi neri di massa intermedia (IMBH) sono particolarmente sfuggenti e quindi difficili da trovare perché sono più piccoli e meno attivi dei buchi neri supermassicci. Non hanno fonti di combustibile prontamente disponibili, né hanno una forza gravitazionale sufficientemente forte da poter attrarre costantemente stelle e altro materiale cosmico e produrre, di conseguenza, il bagliore che permetterebbe di rivelarli. Rimane solo una possibilità: scovare un IMBH nell’atto di fagocitare una stella, evento piuttosto raro.

Prospettive future

Confermare l’esistenza di un IMBH porta a ipotizzare l’esistenza di molti altri, non rilevabili e in attesa di fagocitare una stella che si trovi nelle loro vicinanze. Lo studio dell’origine e dell’evoluzione dei buchi neri di massa intermedia darà una risposta su come si sono formati i buchi neri supermassicci che ci sono nelle regioni centrali delle galassie.

Secondo i ricercatori australiani gli IMBH nei “dintorni della nostra Galassia” sarebbero circa 46 mila. La prospettiva più entusiasmante è che il metodo utilizzato, ossia cercare buchi neri di massa intermedia che agiscono come lenti, potrebbe essere un modo per fare molte altre scoperte in futuro e dare una stima più corretta a questo valore.