Le stelle di Hawking: quando i buchi neri divorano le stelle dall'interno

Quella immediatamente successiva al Big Bang è un’epoca ancora ricca di misteri, misteri che la cosmologia moderna sta provando a svelare. Da un canto, i cosmologi formulano ipotesi su quali caratteristiche potesse avere questo universo primordiale e da quali oggetti potesse essere popolato; d’altro canto, gli astronomi osservativi sono in un costante sforzo alla ricerca di prove osservative a conferma di queste ipotesi.

Tra i misteriosi oggetti dell’Universo primordiale ci sono i “buchi neri primordiali”. La loro esistenza è stata ipotizzata dalla Cosmologia moderna, ma evidenze osservative della loro esistenza non ne sono ancora state trovate. Ma esattamente, che cosa gli astronomi dovrebbero osservare per confermarne l’esistenza?

E qui di nuovo la palla passa ai teorici che provano ad immaginare scenari che coinvolgano i buchi neri primordiali e che possano produrre evidenze osservabili.

Le “stelle di Hawking”: come una stella può intrappolare un buco nero primordiale

Un possibile scenario che porterebbe alla conferma dell’esistenza dei buchi neri primordiali è stato pensato dal celebre cosmologo e fisico teorico britannico Stephen Hawking.

Parliamo della “stella di Hawking”, cioè di una stella contaminata da un buco nero primordiale e che, se osservata, potrebbe confermare la loro esistenza.

Uno studio a cura di un team internazionale guidato da Ore Gottlieb del Dipartimento di Fisica del Massachusetts Institute of Technology (USA) si è recentemente focalizzato sulla possibilità che si formi una “stella di Hawking” e di come questa possa evolvere, suggerendo quelli che potrebbero essere segnali osservabili dell’esistenza dei buchi neri primordiali.

Una stella divorata dall’interno: il destino delle “Hawking stars”

Si tratta di entità formatesi poco dopo il Big Bang con un meccanismo ben diverso dai buchi neri stellari. Questi ultimi si formano in seguito all’esplosione come supernova di stelle molto massicce, testimoniandone la fase evolutiva finale.

Diversamente, i buchi neri primordiali si sarebbero formati dal collasso di materia oscura e possono avere una massa iniziale ben inferiore a quella del Sole, anche confrontabile a quella di un asteroide.

Gottlieb e collaboratori hanno considerato questi buchi neri primordiali di piccola massa.

Se un buco nero primordiale dovesse attraversare lungo il suo cammino una stella, probabilmente l’attraversamento avverrebbe senza alcuna conseguenza né per la stella né per il buco nero.

Diversamente, se la stella dovesse avere un compagno, sia esso un pianeta o un’altra stella, il buco nero potrebbe essere catturato dal campo gravitazionale di questo sistema binario ed effettuare ripetuti attraversamenti della stessa stella.

Ad ogni attraversamento il buco nero perderebbe energia cinetica per attrito col gas stellare, diventando la sua orbita sempre più stretta fino a precipitare verso il centro della stella, facendola così diventare una “stella di Hawking”.

Perché queste stelle potrebbero svelare la natura della materia oscura

Due sono i possibili scenari per la stella dopo aver catturato il buco nero primordiale.

Nel primo, il buco nero cresce lentamente divorando dall’interno il gas di cui la stella è composta. Questa crescita finirebbe con la stella completamente consumata e come residuo del processo un buco nero di massa inferiore a quella solare.

Poiché per leggi fisiche i buchi neri stellari devono avere masse superiori a quella solare, scoprire nell’Universo uno buco nero di massa sub-solare sarebbe una conferma della possibilità concreta che se ne formino in modo “non convenzionale” (cioè dal collasso di materia oscura).

Il secondo scenario è più violento. All’interno della stella il buco nero potrebbe sviluppare un suo disco la cui rotazione insieme all’emissione di jet relativistici potrebbero smembrare la stella, ancor prima di averla consumata. La distruzione rapida e violenta di una stella di Hawking potrebbe produrre un flash ultravioletto o blu della durata di circa un giorno, seguito da emissione radio, ma anche un breve lampo nei raggi X o un debole lampo gamma, segnali estremi ma potenzialmente riconoscibili dagli osservatori spaziali, proprio quei segnali che gli astronomi osservativi stanno cercando.

Per ora le “stelle di Hawking” restano oggetti teorici, non ancora osservati direttamente. Tuttavia, il loro studio offre una nuova strada per cercare tracce dei buchi neri primordiali. Se un giorno venisse identificata una stella divorata dall’interno da uno di questi oggetti, avremmo una prova straordinaria di processi nati nei primissimi istanti dell’Universo.

Riferimento della notizia

GOTTLIEB, O., CANTIELLO, M., NORTON, C., VAN TILBURG, K., AND KLEBAN, M.. (2026). The Life and Death of Stars That Capture Primordial Black Holes.