Gli astronomi hanno scoperto un buco nero diverso da qualsiasi altro. Pari a centomila masse solari, è più piccolo dei buchi neri che abbiamo trovato al centro delle galassie, ma più grande dei buchi neri che nascono quando le stelle esplodono. Questo lo rende uno dei pochi buchi neri di massa intermedia confermati, un oggetto che è stato a lungo cercato dagli astronomi.
"Abbiamo ottime rilevazioni dei più grandi buchi neri di massa stellare fino a 100 volte le dimensioni del nostro sole e dei buchi neri supermassicci al centro di galassie, che sono milioni di volte più grandi del nostro sole, ma non ci sono misurazioni di buchi neri intermedi. Questo è un grande divario", ha affermato l'autore senior Anil Seth, professore associato di astronomia presso l'Università dello Utah e co-autore dello studio. "Questa scoperta colma il vuoto".
Il buco nero era nascosto all'interno di B023-G078, un enorme ammasso stellare nella nostra galassia più vicina Andromeda. A lungo creduto un ammasso globulare, i ricercatori sostengono che B023-G078 è invece un nucleo spogliato. I nuclei spogliati sono resti di piccole galassie che sono cadute in quelle più grandi e hanno avuto le loro stelle esterne strappate via dalle forze gravitazionali. Ciò che rimane è un nucleo minuscolo e denso in orbita attorno alla galassia più grande e al centro di quel nucleo, un buco nero.
"In precedenza, abbiamo trovato grandi buchi neri all'interno di nuclei massicci e spogliati che sono molto più grandi di B023-G078. Sapevamo che ci dovevano essere buchi neri più piccoli nei nuclei spogliati di massa inferiore, ma non ci sono mai state prove dirette", ha dichiarato l'autore principale Renuka Pechetti della Liverpool John Moores University, che ha iniziato la ricerca mentre era negli Stati Uniti. "Penso che questo sia un caso abbastanza chiaro che abbiamo finalmente trovato uno di questi oggetti".
B023-G078 era conosciuto come un ammasso globulare massiccio, un insieme sferico di stelle strettamente legate dalla gravità. Tuttavia, c'era stata una sola osservazione dell'oggetto che ha permesso di determinare la sua massa complessiva, circa 6,2 milioni di masse solari. Per anni, Seth ha avuto la sensazione che fosse qualcos'altro.
"Sapevo che l'oggetto B023-G078 era uno degli oggetti più massicci di Andromeda e pensavo che potesse essere un candidato per un nucleo spogliato. Ma avevamo bisogno di dati per dimostrarlo. Avevamo fatto domanda a vari telescopi per ottenere più osservazioni per molti, molti anni e le mie proposte sono sempre fallite", ha spiegato Seth. "Quando abbiamo scoperto un buco nero supermassiccio all'interno di un nucleo spogliato nel 2014, l'Osservatorio Gemini ci ha dato la possibilità di esplorare l'idea".
Con i nuovi dati osservativi dell'Osservatorio Gemini e le immagini del telescopio spaziale Hubble, Pechetti, Seth e il loro team hanno calcolato come la massa è stata distribuita all'interno dell'oggetto modellando il suo profilo luminoso. Un ammasso globulare ha un profilo di luce caratteristico che ha la stessa forma vicino al centro come nelle regioni esterne. B023-G078 è diverso. La luce al centro è rotonda e poi diventa più piatta spostandosi verso l'esterno. Anche la composizione chimica delle stelle cambia, con elementi più pesanti nelle stelle al centro rispetto a quelli vicino al bordo dell'oggetto.
"Gli ammassi stellari globulari si formano fondamentalmente allo stesso tempo. Al contrario, questi nuclei spogliati possono avere ripetuti episodi di formazione, in cui il gas cade nel centro della galassia e forma stelle. E altri ammassi stellari possono essere trascinati al centro dalle forze gravitazionali della galassia", ha affermato Seth. "È una specie di discarica per un sacco di cose diverse. Quindi, le stelle nei nuclei spogliati saranno più complicate che negli ammassi globulari. Ed è quello che abbiamo visto in B023-G078."
I ricercatori hanno utilizzato la distribuzione di massa dell'oggetto per prevedere la velocità con cui le stelle dovrebbero muoversi in una determinata posizione all'interno dell'ammasso e l'hanno confrontata con i loro dati. Le stelle a più alta velocità orbitavano attorno al centro. Quando hanno costruito un modello senza includere un buco nero, le stelle al centro erano troppo lente rispetto alle loro osservazioni. Quando hanno aggiunto il buco nero, hanno ottenuto velocità che corrispondevano ai dati.
"Le velocità stellari che stiamo ottenendo ci danno la prova diretta che c'è una sorta di massa oscura proprio al centro", ha dichiarato Pechetti. "È molto difficile per gli ammassi globulari formare grandi buchi neri. Ma se si trova in un nucleo spogliato, allora ci deve essere già un buco nero presente, lasciato come residuo della galassia più piccola che è caduta in quella più grande".
I ricercatori sperano di osservare più nuclei spogliati che potrebbero contenere buchi neri di massa intermedia. Queste sono un'opportunità per saperne di più sulla popolazione di buchi neri al centro delle galassie di piccola massa e per imparare come le galassie sono costruite da agglomerati più piccoli. "Sappiamo che le grandi galassie si formano generalmente dalla fusione di galassie più piccole, ma questi nuclei spogliati ci permettono di decifrare i dettagli di quelle interazioni passate", ha spiegato Seth.