Le stelle che sopravvivono ai buchi neri potrebbero nascondere un sorprendente segreto: stanno ruotando

Un nuovo studio pubblicato su The Astrophysical Journal e condotto da un team della Syracuse University ha cercato di risolvere il mistero del perché i brillamenti successivi diventino progressivamente più deboli, scoprendo che potrebbe essere dovuto a un fattore precedentemente trascurato: la rotazione della stella.

Al centro della maggior parte delle galassie si trova un buco nero supermassiccio, con una massa da milioni a miliardi di volte quella del nostro Sole e caratterizzato da alcuni degli effetti gravitazionali più estremi conosciuti.

Alcune stelle che si avvicinano ai buchi neri possono sopravvivere e compiere passaggi ravvicinati ripetuti, producendo ogni volta un nuovo brillamento di luce. Questi eventi di distruzione mareale parziale e ripetuta (rpTDE) permettono agli scienziati di osservare più volte la stessa interazione tra una stella e un buco nero utilizzando survey ad ampio campo dedicate al monitoraggio del cielo nel dominio temporale.

I buchi neri non emettono luce, ma i TDE forniscono una breve quantità di materiale che funge da combustibile e illumina la regione circostante, permettendo agli scienziati di studiarli indirettamente.

Se una stella in orbita non si avvicina abbastanza a un buco nero da essere completamente distrutta, può perdere una parte della propria massa, dando origine a un TDE parziale. In un TDE parziale ripetuto, il nucleo sopravvissuto continua a orbitare attorno al buco nero, perdendo materiale a ogni passaggio, che può avvenire a intervalli da pochi mesi a diversi anni.

Ma quanto materiale perdono?

La quantità di materiale persa da una stella dipende dalla sua struttura interna. Bandopadhyay paragona una stella di piccola massa a una meringa soffice, che diventa vulnerabile alle forze mareali di un buco nero. Una stella di grande massa, invece, è maggiormente concentrata verso il centro e perde gli strati esterni, mentre il nucleo denso rimane relativamente intatto.

Queste differenze aiutano a spiegare perché gli rpTDE non si comportino tutti allo stesso modo. Tuttavia, un fenomeno ha lasciato perplessi gli scienziati: 4 sistemi su 10 producono brillamenti che diventano progressivamente più deboli.

Precedenti simulazioni idrodinamiche avevano mostrato che, anche se la quantità di materiale perso diminuiva dopo ogni incontro, i brillamenti previsti mantenevano all'incirca la stessa luminosità, mettendo in discussione l'idea che fosse proprio la diminuzione della perdita di massa a spiegare il fenomeno.

«Siamo rimasti perplessi per questo per due anni», ha dichiarato Bandopadhyay.

Il loro precedente lavoro aveva rivelato un altro effetto delle forze mareali del buco nero: esercitano una coppia che fa ruotare la stella sempre più velocemente a ogni passaggio. Questo comporta che una quantità inferiore di materiale ricada nel buco nero, ma che tale materiale ritorni in un intervallo di tempo più breve, contribuendo a mantenere il brillamento all'incirca della stessa luminosità.

Per riprodurre l'indebolimento del brillamento, i ricercatori avevano bisogno di una stella che fosse già in rotazione prima del suo primo incontro con un buco nero. Lo studio ha scoperto che questa rotazione iniziale impedisce alla stella di aumentare ulteriormente la propria velocità di rotazione durante ogni passaggio; senza questo ulteriore aumento, il tempo necessario al materiale strappato alla stella per ricadere rimane relativamente costante. Poiché la stella perde meno materiale a ogni incontro, il picco del tasso di ricaduta del materiale può finalmente diminuire.

Ma perché una stella dovrebbe essere già così veloce nella sua rotazione?

«È inoltre estremamente difficile “legare” una stella a un buco nero supermassiccio in modo così stretto da farla orbitare attorno al buco nero nell'arco di pochi mesi, eppure sembra che ciò accada negli rpTDE», ha affermato Coughlin.

In un sistema binario stretto, le stelle diventano legate marealmente, cioè ciascuna ruota attorno al proprio asse alla stessa velocità con cui le due stelle orbitano l'una attorno all'altra. Quanto più stretto è il sistema binario, tanto più breve è il periodo orbitale e tanto più velocemente ruota la stella. I sistemi binari con un'orbita breve osservati negli rpTDE dovrebbero quindi essere estremamente compatti.

«Il lavoro di Ananya dimostra che ciascuna di queste peculiarità può essere spiegata dallo stesso fenomeno alla base: la distruzione mareale di un sistema binario e la cattura di una delle stelle», ha dichiarato Coughlin. «Dal punto di vista teorico, si tratta di un importante passo avanti nella nostra comprensione della fisica che governa questi sistemi».

Coughlin osserva inoltre che la cattura prevista dal meccanismo di Hills potrebbe aver contribuito alla formazione di alcune delle stelle che orbitano attorno a Sagittarius A*, il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea. I risultati del nuovo studio aiutano quindi a spiegare le caratteristiche delle stelle presenti nel nostro stesso «vicinato cosmico».