Gli astronomi hanno notoriamente scattato la prima immagine diretta di un buco nero nel 2019, grazie al materiale incandescente che lo circonda. Ma molti buchi neri sono in realtà quasi impossibili da rilevare. Ora un altro team che utilizza il telescopio spaziale Hubble sembra aver finalmente trovato qualcosa che nessuno ha mai visto prima: un buco nero che è completamente invisibile. La ricerca, che è stata pubblicata online e presentata per la pubblicazione sull'Astrophysical Journal, deve ancora essere sottoposta a revisione paritaria.
I buchi neri sono ciò che rimane dopo che le grandi stelle muoiono e i loro nuclei collassano. Sono incredibilmente densi, con una gravità così forte che nulla può muoversi abbastanza velocemente da sfuggirgli, compresa la luce. Gli astronomi sono desiderosi di studiare i buchi neri perché possono dirci molto sui modi in cui le stelle muoiono. Misurando le masse dei buchi neri, possiamo imparare cosa stava succedendo nei momenti finali delle stelle, quando i loro nuclei stavano collassando e i loro strati esterni venivano espulsi.
Può sembrare che i buchi neri siano per definizione invisibili, dopo tutto hanno guadagnato il loro nome grazie alla loro capacità di intrappolare la luce, ma possiamo ancora rilevarli attraverso il modo in cui interagiscono con altri oggetti grazie alla loro forte gravità. Centinaia di piccoli buchi neri sono stati rilevati dal modo in cui interagiscono con altre stelle.
Esistono due diversi approcci a tale rilevamento. Nelle "stelle binarie a raggi X", in cui una stella e un buco nero orbitano attorno a un centro condiviso mentre producono raggi X, il campo gravitazionale di un buco nero può estrarre materiale dalla sua compagna. Il materiale circonda il buco nero, riscaldandosi per attrito mentre lo fa. Il materiale caldo brilla intensamente nella luce dei raggi X, rendendo visibile il buco nero, prima di essere risucchiato nel buco nero e scomparire. Si possono anche rilevare coppie di buchi neri mentre si fondono insieme, spiralizzando verso l'interno ed emettendo un breve lampo di onde gravitazionali, che sono increspature nello spazio-tempo.
Ci sono però anche molti buchi neri che stanno andando alla deriva nello spazio senza interagire con nulla, rendendosi difficili da rilevare. Questo è un problema, perché se non siamo in grado di rilevare buchi neri isolati, allora non possiamo conoscere come si sono formati e la morte delle stelle da cui provengono.
Per scoprire questo tipo di buchi neri invisibili, il team di scienziati ha dovuto combinare due diversi tipi di osservazioni per diversi anni. La Teoria della Relatività Generale di Einstein predisse che gli oggetti massicci avrebbero piegato la luce mentre viaggiava oltre di loro. Ciò significa che qualsiasi luce che passa molto vicino a un buco nero invisibile, ma non abbastanza vicino da finire al suo interno, sarà piegata in modo simile alla luce che passa attraverso una lente.
Questo è chiamato lente gravitazionale e può essere individuato quando un oggetto in primo piano si allinea con un oggetto di sfondo, piegando la sua luce. Il metodo è già stato utilizzato per studiare tutto, dagli ammassi di galassie ai pianeti intorno ad altre stelle. Il tutto è iniziato quando gli autori di questa nuova ricerca avvistarono la luce di una stella lontana che improvvisamente si ingrandì, facendola apparire brevemente più luminosa prima di tornare alla normalità.
Tuttavia, non riuscivano a vedere alcun oggetto in primo piano che causasse l'ingrandimento attraverso il processo di lente gravitazionale. Ciò suggerì che l'oggetto potesse essere un buco nero solitario, qualcosa che non era mai stato visto prima. Il problema era che avrebbe potuto anche essere solo una debole stella.
Capire se si trattava di un buco nero o di una stella debole richiedeva molto lavoro, ed è qui che è entrato in gioco il secondo tipo di osservazioni di lenti gravitazionali. Gli autori hanno ripetutamente scattato immagini con Hubble per sei anni, misurando fino a che punto la stella sembrava muoversi mentre la sua luce veniva deviata.
Alla fine questo ha permesso loro di calcolare la massa e la distanza dell'oggetto che ha causato l'effetto lente. Hanno scoperto che era circa sette volte la massa del nostro Sole, situato a circa 5.000 anni luce di distanza, che suona lontano ma in realtà è relativamente vicino. Una stella di quelle dimensioni e quella vicina dovrebbe essere visibile a noi. Dal momento che non possiamo vederlo, hanno concluso che deve essere un buco nero isolato.
Fare così tante osservazioni con un osservatorio come Hubble non è facile. Il telescopio è molto popolare e c'è molta concorrenza per il suo uso. E data la difficoltà di confermare un oggetto come questo, potresti pensare che le prospettive di trovarne di più non siano grandi. Fortunatamente, siamo all'inizio di una rivoluzione in astronomia. Questo grazie a una nuova generazione di strutture, tra cui l'indagine Gaia in corso, e l'imminente Vera Rubin Observatory, e Nancy Grace Roman Space Telescope, che prenderanno tutte misurazioni ripetute di grandi parti del cielo con dettagli senza precedenti.
Quando si tratta della ricerca di buchi neri invisibili, ciò significa che piuttosto che celebrare la scoperta di uno solo, potremmo presto trovarne così tanti che diventerà routine. Questo ci permetterà di colmare le lacune nella nostra comprensione della morte delle stelle e della creazione di buchi neri.