A circa 16.000 anni luce dalla Terra si trova un globo sferico di milioni di stelle risalenti ai primi anni dell'universo. Questo denso ammasso, chiamato 47 Tucanae, ha un raggio di circa 200 anni luce ed è uno dei grappoli più luminosi del nostro cielo notturno. All'interno di 47 Tucanae, intense forze gravitazionali hanno smistato le stelle nel tempo, spingendo le stelle meno dense verso l'esterno e creando un nucleo interno molto denso che resiste al controllo esterno.
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"Studiare i cluster globulari è notoriamente impegnativo", afferma Bülent Kiziltan, astrofisico del Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian. Ci sono così tante stelle ammassate l'una accanto all'altra, dice, che catturare le radiazioni dal centro di una è quasi impossibile. Quindi, mentre gli scienziati sospettavano da tempo che 47 Tucanae potesse contenere un buco nero al centro, come sembrano molti altri ammassi globulari, non sono stati in grado di dimostrarlo.
Ora, in uno studio pubblicato ieri sulla rivista Nature, Kiziltan e i suoi colleghi hanno aiutato a scrutare nel cuore di 47 Tucanae per trovare il primo di una nuova classe di buchi neri di medie dimensioni.
Nonostante il loro nome, i buchi neri non sono in realtà così neri, dice Kiziltan. Mentre fanno a pezzi le stelle abbastanza sfortunate da vagare nella loro attrazione, dice, formano un disco di gas caldi e luminosi intorno a loro noto come disco di accrescimento. I buchi neri non lasciano scappare la luce visibile, ma di solito emettono raggi X mentre consumano questi gas. Tuttavia, 47 Tucanae è così denso che non ha gas al centro per consumare il buco nero.
Kiziltan ha usato la sua esperienza in un altro tipo bizzarro di oggetto spaziale, le pulsar, per provare un nuovo modo di rilevare questi tipi sfuggenti di buchi neri.
Pulsars "ci fornisce una piattaforma che possiamo usare per studiare cambiamenti minuscoli nell'ambiente", afferma Kiziltan. Queste stelle, che emettono "impulsi" di radiazione a intervalli molto regolari, possono essere utilizzate come punti di riferimento per mappare le formazioni cosmiche, compresi i cluster globulari; Kiziltan li paragona a "orologi atomici cosmici".
Con due dozzine di pulsar ai bordi di 47 Tucanae come guide, Kiziltan e il suo team sono stati in grado di costruire simulazioni su come l'ammasso globulare si è evoluto nel tempo, e in particolare su come le stelle più dense e meno dense si sono ordinate nelle loro posizioni odierne.
Queste simulazioni erano imprese enormi, dice Kiziltan, che richiedevano da sei a nove mesi per essere completate anche su computer estremamente potenti. Questo è il motivo per cui non era elettrizzato, dice, quando i recensori di Nature hanno chiesto ulteriori simulazioni che hanno finito per richiedere un altro anno.
Ma è valsa la pena, afferma Kiziltan, perché ha portato a qualcosa di senza precedenti: la prima scoperta di un buco nero all'interno di un ammasso globulare. Dopo aver eseguito centinaia di simulazioni, dice, l'unico scenario possibile che potrebbe portare allo sviluppo dei 47 Tucanae di oggi presentava un buco nero nel centro denso e privo di gas del cluster globale. Questo ambiente precedentemente non considerato per un buco nero apre nuovi posti per cercarli, dice Kiziltan.
"Si può solo immaginare ciò che si nasconde nei centri di altri cluster globali", afferma Kiziltan.
Ciò che è anche eccitante, osserva Kiziltan, è la dimensione del buco nero previsto dalle sue simulazioni. Finora, gli scienziati hanno principalmente trovato piccoli buchi neri (quelli grosso modo delle stelle che sono crollate per formare loro) e buchi neri supermassicci (quelli migliaia di volte più grandi del nostro Sole). I buchi neri di dimensioni intermedie hanno per lo più eluso scienziati, anche se non per mancanza di tentativi.
Il buco nero previsto al centro di 47 Tucanae rientra in questa rara via di mezzo, dice Kiziltan. Ulteriori studi su questo potenziale buco nero potrebbero fornire nuove intuizioni su come e perché si formano questi tipi in gran parte sconosciuti di buchi neri.
Forse anche più importante delle scoperte stesse è come Kiziltan e il suo team sono arrivati a loro. Kiziltan e i suoi collaboratori hanno attinto a una teoria matematica sviluppata negli anni '50 da due crittografi americani per aiutare a tracciare le probabili distribuzioni di stelle in 47 Tucanae. "Hanno sviluppato questo metodo matematico per mettere insieme informazioni incomplete per vedere il quadro più ampio", afferma Kiziltan.
Kiziltan sta lavorando per affinare il loro nuovo approccio e utilizzare questo nuovo metodo per esaminare altre popolazioni di stelle per buchi neri mai visti prima. Nuovi potenti computer scientifici e altri strumenti che andranno online nei prossimi anni aiuteranno in questa ricerca, dice.
"Abbiamo fatto molte cose per la prima volta in questo lavoro", afferma Kiziltan. Allo stesso tempo, "ci sono ancora così tante cose che devono essere fatte".
