Hubble scopre il primo buco nero di massa stellare in Omega Centauri

La massa è ben determinata perché il sistema binario è stato osservato vicino al periastro — il punto più vicino dell'orbita ellittica — anche se è stata coperta solo un'orbita parziale .

Come è stato scoperto: 23 anni di astrometria certosina

Le precedenti ricerche di buchi neri in Omega Centauri si basavano su misurazioni della velocità radiale o su emissioni di raggi X e radio, ma nessuna aveva avuto successo. L'innovazione è arrivata da una tecnica diversa: l'astrometria, la misurazione precisa delle posizioni stellari e dei minuscoli movimenti nel cielo nel corso del tempo .

Il team ha utilizzato i dati d'archivio di Hubble del progetto oMEGACat per oltre 20 anni, integrati da nuove osservazioni JWST per affinare le misurazioni. Questa base di 23 anni è stata cruciale perché il periodo orbitale è dell'ordine di un secolo; il lungo arco temporale ha permesso al team di catturare il sistema vicino al periastro, dove il segnale orbitale è più forte .

Tracciando l'oscillazione orbitale della stella visibile, gli astronomi hanno rivelato la presenza di un compagno invisibile e massiccio — un buco nero. Questo rende oMEGACat BH-2 il primo buco nero in un ammasso globulare ad essere scoperto tramite astrometria .

Perché questa scoperta è importante

Omega Centauri contiene circa 10 milioni di stelle. I modelli dinamici prevedono che dovrebbe ospitare circa 10.000 buchi neri di massa stellare — i resti delle stelle più massicce che sono già esplose come supernovae. Eppure, per decenni, le ricerche che utilizzavano velocità radiali, radio e raggi X non avevano trovato nulla, creando una discrepanza sconcertante tra teoria e osservazioni .

oMEGACat BH-2 rompe finalmente questo stallo. È il primo buco nero di massa stellare confermato in Omega Centauri, fornendo la prima prova diretta dell'esistenza di questa popolazione .

Tuttavia, la sua massa — solo circa 4,5 masse solari — è stata una sorpresa. I modelli di evoluzione stellare per un ammasso a bassa metallicità come Omega Centauri prevedono masse tipiche dei buchi neri di 20-40 masse solari. La grande differenza solleva nuovi interrogativi sulla formazione dei buchi neri e sulla loro permanenza in densi ammassi stellari .

Cosa significa per il dibattito sul buco nero di massa intermedia

Per anni, gli astronomi hanno dibattuto su cosa si nasconda al centro di Omega Centauri. È un unico buco nero di massa intermedia (IMBH) — l'anello mancante a lungo cercato — o la massa centrale è spiegabile da un ammasso denso di buchi neri di massa stellare?

Nel 2024, Hubble ha fornito forti prove per un IMBH di almeno ~8.200 masse solari (e forse fino a ~40.000 masse solari) proprio al centro dell'ammasso, basandosi sui movimenti di sette stelle in rapido movimento .

Il ritrovamento di buchi neri di massa stellare come oMEGACat BH-2 nell'ammasso non contraddice l'interpretazione dell'IMBH. I modelli prevedono entrambi: un IMBH centrale più migliaia di buchi neri di massa stellare distribuiti in tutto l'ammasso. In effetti, questa scoperta aiuta a risolvere la tensione: dimostra che esiste un'ampia popolazione di buchi neri di massa stellare, ma le stelle veloci al centro richiedono ancora un unico oggetto massiccio (l'IMBH) per spiegarne il moto .

In sintesi, oMEGACat BH-2 è la prima prova diretta della "popolazione mancante" di buchi neri di massa stellare in Omega Centauri, e coesiste con il buco nero di massa intermedia già identificato al centro dell'ammasso.

Per saperne di più, puoi consultare l'articolo originale su arXiv e il comunicato stampa dell'ESA/Hubble.