S301 corre a 25.000 km/s attorno a Sagittarius A*: così potrebbe misurare la rotazione del buco nero

S301 è anche eccezionalmente fioca: la sua magnitudine nella banda K è circa 19,3. I ricercatori la classificano come una probabile stella di sequenza principale, ma la sua debole luminosità rende difficile determinarne con precisione le caratteristiche.

La scoperta nei dati di GRAVITY

Il team di GRAVITY ha individuato S301 nella primavera del 2023 utilizzando l’interferometro GRAVITY del Very Large Telescope Interferometer dell’Osservatorio europeo australe. In quel momento la stella appariva circa 15 milliarcosecondi a nord-ovest di Sgr A*; nelle osservazioni successive si è spostata verso l’esterno, mostrando un movimento rapido e leggermente curvo.

Dopo aver stimato la sua orbita a partire da queste misurazioni, gli astronomi hanno calcolato dove avrebbe dovuto trovarsi in precedenza e hanno cercato la stella nelle osservazioni passate. L’hanno così ritrovata nei dati d’archivio di GRAVITY del 2021 e, successivamente, in quelli del 2017. Questa sequenza ha ampliato la base temporale delle osservazioni e rafforzato l’interpretazione orbitale.

L’orbita resta comunque preliminare. In particolare, non è ancora disponibile una misurazione della velocità radiale di S301, cioè del suo movimento lungo la nostra linea di vista. Le future osservazioni saranno quindi essenziali per ricostruirne con maggiore precisione il moto tridimensionale e i parametri orbitali.

Il possibile effetto dello spin del buco nero

Un buco nero in rotazione non esercita soltanto un’attrazione gravitazionale. Secondo la relatività generale, il suo momento angolare può trascinare con sé lo spazio-tempo circostante: è il cosiddetto trascinamento dei sistemi di riferimento, o effetto Lense-Thirring.

Per una stella in orbita, questo fenomeno può modificare gradualmente l’orientamento del piano orbitale. L’effetto diminuisce rapidamente all’aumentare della distanza dal buco nero. Per questo il pericentro insolitamente ravvicinato di S301 potrebbe renderla molto più sensibile allo spin di Sgr A* rispetto alle stelle che seguono orbite più ampie.

Misurando la posizione di S301 con grande precisione e per molti anni, gli astronomi potrebbero cercare i piccoli cambiamenti cumulativi previsti per un buco nero rotante. Questi segnali potrebbero essere confrontati con l’evoluzione orbitale attesa nel caso di un buco nero non rotante.

Non si tratta ancora di una misurazione dello spin: è un’opportunità futura. Il monitoraggio astrometrico prima del passaggio ravvicinato previsto alla fine del 2031 e per circa un decennio successivo potrebbe stabilire se il movimento accumulato è compatibile con un Sgr A* rapidamente rotante oppure sostanzialmente statico.

Un test più ambizioso: il teorema “no-hair”

Nel lungo periodo, S301 potrebbe contribuire anche a un test ancora più difficile: la misurazione del momento di quadrupolo del buco nero. Questo parametro descrive come la rotazione modifichi la forma del suo campo gravitazionale oltre agli effetti più semplici dovuti a massa e spin.

Nella soluzione di Kerr della relatività generale, le proprietà osservabili dall’esterno di un buco nero isolato sono determinate dalla sua massa e dalla sua rotazione; per un buco nero astrofisico, la carica elettrica dovrebbe essere trascurabile. Verificare il rapporto previsto tra spin e momento di quadrupolo permetterebbe quindi di mettere alla prova il cosiddetto teorema “no-hair”, secondo cui i buchi neri non possiedono ulteriori caratteristiche osservabili indipendenti.

Questa verifica sarebbe molto più complessa della semplice rilevazione dello spin. Il segnale associato al quadrupolo è più debole e potrebbe essere confuso con le perturbazioni gravitazionali prodotte da altre stelle o da oggetti compatti ancora non osservati vicino al centro galattico. Per questo i ricercatori lo considerano un obiettivo possibile a lungo termine, non un risultato garantito.

Cosa succederà ora

La priorità immediata è continuare a seguire S301 e migliorare il modello della sua orbita. Nuove misurazioni potranno determinare il moto radiale della stella, affinare la previsione del momento e della distanza del pericentro e distinguere gli effetti relativistici dalle incertezze dovute all’ambiente stellare circostante.

Se l’orbita prevista sarà confermata, S301 offrirà uno dei test più sensibili mai concepiti su come ruota un buco nero supermassiccio e su come la sua rotazione influenzi lo spazio-tempo vicino. La velocità record è l’aspetto più spettacolare, ma il suo valore scientifico risiede soprattutto nella possibilità di trasformare una stella debole e rapidissima in uno strumento di precisione per studiare Sagittarius A*.