Fine di un gigante: quando un Buco Nero divora una stella da 30 masse solari e la Relatività ci fa vedere tutto al rallentatore

Di solito, nel teatro cosmico, le grandi star escono di scena con il botto. Le stelle più massicce terminano la loro esistenza in modo pirotecnico, esplodendo come supernove prima di collassare su se stesse. Tuttavia, l’universo ha un senso dell’umorismo piuttosto macabro e, talvolta, riserva fini ben diverse. È il caso di una stella colossale che, invece di esplodere gloriosamente, è andata alla deriva un po’ troppo vicino a un buco nero supermassiccio. Il risultato? Non un’esplosione istantanea, ma un lento, inesorabile smembramento.

Un nuovo studio pubblicato su Nature Astronomy descrive quello che è, a tutti gli effetti, il bagliore più potente e distante mai rilevato da un buco nero supermassiccio. Parliamo di un evento che ha rilasciato un’energia equivalente a quella di 10 trilioni di soli.

Un faro nel buio profondo (e antico)

La fonte di questo lampo accecante è un nucleo galattico attivo (AGN), una di quelle strutture che rendono l’universo un posto decisamente poco raccomandabile. Noto con la sigla tecnica J2245+3743, questo oggetto ha una massa stimata in 500 milioni di volte quella del Sole e si trova a una distanza di circa 10 miliardi di anni luce dalla Terra.

Per dare un ordine di grandezza comprensibile anche a chi non mastica astrofisica a colazione: stiamo osservando un evento accaduto quando l’universo era ancora relativamente giovane. La luce ha viaggiato attraverso il cosmo per eoni prima di essere intercettata nel 2018 dalla Zwicky Transient Facility (ZTF) in California.

Ecco alcuni dati chiave dell’evento:

• Distanza: 10 miliardi di anni luce.

• Massa del Buco Nero: ~500 milioni di masse solari.

• Luminosità: Al picco, 30 volte più luminoso di qualsiasi brillamento di buco nero precedentemente osservato.

• Durata: Il bagliore è aumentato di 40 volte nel giro di pochi mesi.

Il telescopio Palomar dove si trova il ZTF

Einstein alla regia: Lo spettacolo al rallentatore

C’è un dettaglio tecnico che farebbe la gioia di qualsiasi fisico (e che aggiunge un livello di complessità affascinante): la dilatazione temporale.

Matthew Graham, professore al Caltech e autore principale dello studio, spiega che l’energia sprigionata indica un oggetto molto lontano. Ma la distanza non influenza solo “dove” guardiamo, ma anche “quando” e “come” scorre il tempo. A causa dell’espansione dell’universo, la luce si “stira” (redshift) e con essa il tempo stesso.

“Sette anni qui equivalgono a due anni lì. Stiamo guardando l’evento svolgersi a un quarto della velocità normale.” – Matthew Graham

È come guardare un film d’azione a velocità ridotta. Questo effetto di slow-motion cosmico è stato fondamentale per permettere agli astronomi di analizzare i dati. Se l’evento si fosse svolto alla velocità che percepiamo localmente, molti dettagli ci sarebbero sfuggiti. Grazie alla relatività, abbiamo avuto il tempo di puntare i telescopi e capire cosa stesse succedendo

TDE: Quando la marea cosmica distrugge una stella

Dopo aver escluso l’ipotesi di una supernova (troppo debole per giustificare una tale emissione di energia), i ricercatori hanno concluso che si tratta di un Tidal Disruption Event (TDE), o evento di distruzione mareale.

In parole povere, la gravità del buco nero è così intensa da superare la gravità che tiene insieme la stella. L’astro non viene inghiottito in un sol boccone, ma viene “spaghettificato”, stirato e consumato pezzo per pezzo mentre si muove a spirale verso l’orizzonte degli eventi.

Il fatto che il brillamento di J2245+3743 sia ancora in corso suggerisce che non stiamo vedendo il pasto concluso, ma – per usare la colorita metafora di Graham – “un pesce che è solo a metà strada nella gola della balena”.

La vera notizia, però, è la dimensione della “preda”. Di solito questi eventi coinvolgono stelle medio-piccole. Qui stiamo parlando di un mostro.

Confronto tra il nuovo evento e il precedente record:

Il paradosso dell’AGN: Nascondersi in piena luce

Perché ci è voluto così tanto per capire la natura di questo evento? Il problema risiede nel luogo del delitto.

I TDE solitamente avvengono in galassie quiescenti, dove un improvviso lampo di luce è facile da notare. J2245+3743, invece, è un Nucleo Galattico Attivo (AGN). Un AGN è essenzialmente una fornace cosmica sempre accesa: un buco nero circondato da un disco di accrescimento di gas e polveri che vorticano furiosamente.

Gli AGN “borbottano” e brillano costantemente. Individuare un TDE all’interno di un AGN è come cercare di sentire un colpo di pistola durante un concerto heavy metal. Tuttavia, la luminosità di questo specifico evento era talmente fuori scala da emergere sopra il rumore di fondo del disco di accrescimento.

Inizialmente, nel 2018, non sembrava nulla di speciale. Ma nel 2023, il team ha notato che il bagliore non diminuiva come previsto. Analisi spettroscopiche successive, condotte con l’Osservatorio Keck alle Hawaii, hanno confermato l’anomalia. K. E. Saavik Ford, coautrice dello studio, sottolinea come sia stato necessario escludere che il getto fosse semplicemente puntato verso di noi (effetto blazar), cosa fatta grazie ai dati della missione WISE della NASA.

Una questione di massa ed energia

La quantità di energia rilasciata è difficile da concepire per la mente umana. Ford utilizza la formula più famosa della fisica per spiegarlo:

“Se convertiste l’intero nostro Sole in pura energia usando la formula E = mc², quella è la quantità di energia che si è riversata da questo brillamento da quando abbiamo iniziato a osservarlo.”

Questo solleva una domanda interessante sulla formazione stellare: stelle di 30 masse solari sono rare. Tuttavia, i ricercatori ipotizzano che all’interno del disco di un AGN, le stelle possano “ingrassare”, accumulando materia dal disco stesso fino a diventare giganti, pronte per essere servite come pasto principale al buco nero centrale.

Conclusioni: Una nuova finestra sul passato

La scoperta di J2245+3743 non è solo un record da Guinness dei primati cosmici. Suggerisce che eventi simili, catastrofici e immensi, potrebbero essere più comuni di quanto pensassimo nell’universo primordiale.

Strumenti come la Zwicky Transient Facility e il futuro Osservatorio Vera C. Rubin (supportati da NSF e Dipartimento dell’Energia) sono essenziali.2 Non si tratta solo di guardare il cielo, ma di monitorarlo nel tempo, creando un “film” dell’universo che ci permette di vedere non solo cosa c’è, ma come cambia. E, occasionalmente, come muore.

Se l’economia ci insegna che non esistono pasti gratis, l’astrofisica ci ricorda che, se ti avvicini troppo a un buco nero, il pasto sei tu. E sarà un pasto molto, molto luminoso.

Domande e risposte

Perché l’evento sembra svolgersi al rallentatore?

Il fenomeno è dovuto alla dilatazione temporale cosmologica. Poiché l’oggetto si trova a 10 miliardi di anni luce di distanza, l’espansione dell’universo “stira” non solo lo spazio che la luce deve attraversare, ma anche il tempo stesso. Questo significa che ciò che nel luogo dell’evento dura due anni, ai nostri telescopi appare spalmato su sette anni. È una conseguenza diretta della Relatività Generale che ci permette di osservare i dettagli con maggiore calma.

Come si distingue questo evento da una normale Supernova?

La distinzione principale risiede nella luminosità e nella durata. Una supernova, per quanto potente, non raggiunge i livelli di energia osservati in J2245+3743 (equivalenti a 10 trilioni di soli).3 Inoltre, l’evoluzione della curva di luce nel tempo e l’analisi dello spettro hanno permesso ai ricercatori di escludere l’esplosione stellare classica, puntando invece verso un evento di distruzione mareale (TDE), dove la stella viene fatta a pezzi dalla gravità del buco nero.

È possibile che un evento simile accada vicino alla Terra?

È estremamente improbabile. L’evento descritto è avvenuto in un Nucleo Galattico Attivo (AGN) a 10 miliardi di anni luce, un ambiente molto diverso e molto più “violento” rispetto al centro della nostra Via Lattea. Anche se il nostro buco nero supermassiccio, Sagittarius A*, dovesse consumare una stella (cosa che accade), ci troviamo a 26.000 anni luce di distanza, una zona di sicurezza più che sufficiente per goderci lo spettacolo senza rischi.

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