Secondo le stime, ci dovrebbero essere da 10 a 1 miliardo di buchi neri di massa stellare pacificamente alla deriva attraverso la galassia. C'è solo un problema quando si tratta di contarli: a meno che non riescano a intrappolare del materiale di passaggio nel loro campo gravitazionale, sono fondamentalmente invisibili. Invisibile non significa tuttavia non rilevabile. Per la prima volta, un team internazionale di scienziati è riuscito a rilevare un buco nero solitario e quiescente a poco meno di 5.200 anni luce di distanza. La loro scoperta, ancora da sottoporre a peer-review, è stata caricata sul server di prestampa arXiv.
Come hanno fatto? Bene, dal momento che attualmente non abbiamo (e potremmo mai avere) gli strumenti per sondare direttamente un buco nero, dobbiamo osservare i suoi effetti sullo spazio circostante. Per un buco nero quiescente, quell'effetto è gravitazionale. E poiché il campo gravitazionale di un buco nero è così estremo, deforma e distorce qualsiasi luce che potrebbe attraversarlo.
Così, quando qualcosa di invisibile ha ingrandito la luce di una stella lontana, facendola inoltre apparire stranamente più luminosa, gli astronomi sapevano che probabilmente c'era un campo gravitazionale attraverso il quale passava. Questo fenomeno è chiamato microlensing gravitazionale e lo abbiamo usato per identificare oggetti piccoli e deboli che altrimenti potrebbero essere troppo difficili da individuare per i nostri telescopi. Ma questa è la prima volta che vediamo un buco nero solitario.
"Riportiamo la prima rilevazione e misurazione di massa di un buco nero di massa stellare isolato", ha scritto un team di astronomi guidato da Kailash Sahu dello Space Telescope Science Institute. "Mostriamo che la lente non emette luce rilevabile, il che, oltre ad avere una massa superiore a quella possibile per una nana bianca o una stella di neutroni, conferma la sua natura di buco nero".
Il microlensing gravitazionale si verifica quando un oggetto con un campo gravitazionale passa quasi esattamente davanti a una stella lontana. Quel campo gravitazionale provoca una curvatura dello spazio-tempo; quando la luce viaggia attraverso il campo gravitazionale, segue quella curvatura, facendo sì che il suo percorso si "pieghi" efficacemente. Questo ingrandisce la luce e sposta anche leggermente la posizione apparente della stella lontana.
Precedenti eventi di microlensing hanno portato al rilevamento di esopianeti e stelle troppo deboli per essere viste. Gli esperimenti impostati per monitorare il cielo rilevano migliaia di eventi di microlensing ogni anno; la maggior parte di loro sono stelle che si muovono di fronte ad altre stelle, il che non sorprende, considerando quante stelle ci sono là fuori.
Il 2 giugno 2011, due distinte indagini di microlensing, l'Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) e il Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), hanno registrato in modo indipendente un evento che ha finito per raggiungere il picco il 20 luglio. Questo evento, chiamato MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462, è stato notevole. Non solo era insolitamente lungo, circa 270 giorni, ma mostrava anche un ingrandimento insolitamente alto. Poiché gli eventi ad alto ingrandimento sono sensibili alle perturbazioni, gli scienziati hanno deciso di effettuare osservazioni di follow-up e condurre analisi.
Le osservazioni della regione sono state effettuate in otto diverse occasioni utilizzando il telescopio spaziale Hubble, fino al 2017. Armati di quei dati, Sahu e il suo team hanno iniziato hanno scoperto che la soluzione migliore per i dati era un buco nero, non una stella.
In effetti, sono stati persino in grado di prendere misure del buco nero. I cambiamenti osservati della luce della stella lontana hanno permesso al team di calcolare la massa e il movimento del buco nero. Hanno così scoperto che il buco nero, aveva una massa circa 7,1 volte la massa del Sole. Ciò renderebbe il suo orizzonte degli eventi di circa 42 chilometri di diametro.
Gli scienziati sono stati in grado di rilevare un oggetto invisibile lungo meno di un decimo della lunghezza del Grand Canyon da oltre 5.000 anni luce di distanza studiando la luce mutevole di una stella più distante. È pazzesco. Ed è qui che diventa ancora più interessante. Il team ha calcolato quanto velocemente quell'oggetto si sta muovendo attraverso la Via Lattea: 45 chilometri al secondo. Questo lo rende non un buco nero qualsiasi, ma un buco nero in fuga.
Probabilmente è stato espulso nello spazio quando la sua stella precursore è esplosa in una supernova. Se una tale esplosione di supernova è sbilenca, la forza irregolare può far volare il nucleo collassato della stella nello spazio. Abbiamo già visto queste stelle: la nana bianca LP 40-365 e la pulsar PSR J0002+6216 sono due esempi.
Uno studio del 2019 ha scoperto che potrebbero esserci milioni di buchi neri nati così che si ingrandiscono ad alta velocità intorno alla Via Lattea. Sarebbe incredibilmente bello se MOA-11-191 / OGLE-11-0462 fosse uno di questi. È possibile che l'oggetto stia andando alla deriva attraverso una regione di spazio ad alta densità. Il lavoro futuro, hanno spiegato i ricercatori, potrebbe comportare l'uso di telescopi a raggi X sensibili per determinare se il presunto buco nero stia accumulando materiale dal mezzo interstellare intorno a sé.
Inoltre, gli strumenti futuri potrebbero rilevare buchi neri di massa stellare ancora più isolati. Una volta che una popolazione è stata scoperta e studiata, saremo in grado di utilizzare quei dati per saperne di più su MOA-11-191 / OGLE-11-0462 e sui buchi neri che abitano la Via Lattea in generale.