La grande contrazione cosmica: come una supergigante è svanita nel nulla creando un buco nero

Nel dinamico, e spesso violento, ecosistema dell’Universo, siamo storicamente abituati a veder uscire di scena le stelle più massicce con un clamore senza pari. Le supernovae sono un rilascio di energia insostenibile che distrugge la struttura originaria e sparge “ricchezza” (elementi pesanti) per tutta la galassia. Eppure, la natura sa essere anche rigorosa e conservatrice. A volte, di fronte all’esaurimento delle risorse interne, una stella non esplode, ma opta per una severa e silenziosa contrazione, trasformandosi direttamente in un buco nero.

È esattamente quanto documentato in uno studio recentemente pubblicato su Science, guidato da Kishalay De del Simons Foundation’s Flatiron Institute. I ricercatori hanno osservato, con una precisione senza precedenti, la scomparsa di M31-2014-DS1, una stella supergigante situata a 2,5 milioni di anni luce da noi, nella Galassia di Andromeda. Un evento che, nel nostro peculiare vocabolario, potremmo definire una perfetta “bancarotta silenziosa”.

La stella M31-2014-DS1

La cronaca di un deficit incolmabile

M31-2014-DS1 non era una stella qualunque. Si trattava di una supergigante luminosa, priva del suo involucro di idrogeno primario, con una massa considerevole. Fino a un decennio fa, brillava maestosa nei registri dei nostri telescopi. Poi, i bilanci energetici sono crollati. I dati incrociati di telescopi spaziali e terrestri (come il NEOWISE della NASA e l’Hubble Space Telescope) hanno tracciato una parabola di declino inequivocabile:

• 2014 – Il picco illusorio: La stella registra un improvviso aumento di luminosità nel medio infrarosso. Sembra un’espansione, ma è solo il preludio alla fine.
• 2016 – L’inizio della fine: La luminosità crolla bruscamente.
• 2017-2022 – Il default: M31-2014-DS1 svanisce letteralmente dai radar ottici. La sua luminosità in queste frequenze scende a un decimillesimo del valore originale.
• Oggi: Resta solo una debole traccia termica nel medio infrarosso, un decimo di ciò che era. La stella, di fatto, non esiste più.

Da destra a sinistra, i passaggi dell’mplosione

L’economia del collasso: perché non c’è stata l’esplosione?

Per comprendere questo fenomeno, dobbiamo guardare ai fondamenti dell’astrofisica. Una stella si regge su un delicato equilibrio fra forze: la gravità spinge costantemente verso l’interno, ma la fusione nucleare nel nucleo genera una pressione verso l’esterno che sostiene l’intera struttura. Quando il “carburante” nucleare si esaurisce, viene a mancare lo stimolo interno. La gravità, spietata e inesorabile, prende il sopravvento.

Normalmente, il nucleo collassa in una stella di neutroni, emettendo un’onda d’urto di neutrini così potente da espellere gli strati esterni. È la supernova. Tuttavia, i modelli teorici prevedono che, se questo shock è troppo debole per superare la forza di gravità, si verifica una “supernova fallita”. Il materiale stellare ricade verso l’interno (fallback), accrescendo il nucleo fino a farlo collassare definitivamente in un buco nero di massa stellare. Nessuno sfoggio di luce, ma una rapida e definitiva implosione della stella stellari.

Il ruolo della convezione: una caduta ammortizzata

Se il collasso fosse puramente lineare, la stella sparirebbe in un istante. I dati, ma soprattutto le rielaborazioni teoriche curate da Andrea Antoni del Flatiron Institute, hanno rivelato un dettaglio fondamentale: la convezione.

All’interno della stella, le forti differenze di temperatura creano correnti convettive, movimenti circolari di gas tra il nucleo rovente e gli strati esterni più freddi. Quando il nucleo cede, questo gas esterno possiede ancora un momento angolare. Invece di precipitare in linea retta nel neonato buco nero, il materiale inizia a vorticare attorno ad esso, formando un disco di accrescimento.

Disco di accrescimento

Questo vortice rallenta enormemente la caduta. Mentre il materiale viene spinto verso l’esterno, si raffredda, formando polvere che oscura la luce visibile e riemette energia sotto forma di fioco bagliore infrarosso. La stella non sparisce in un giorno, ma impiega decenni per essere assorbita, garantendo al buco nero un pasto lento e costante.

Un nuovo paradigma per l’astronomia

Per evidenziare le differenze sostanziali, possiamo riassumere i due scenari:

M31-2014-DS1 non è un’anomalia isolata. Si unisce al caso di NGC 6946-BH1, un’altra stella osservata un decennio fa con comportamenti analoghi. Questo conferma l’esistenza di un’intera classe di supergiganti (spesso prive di idrogeno esterno) destinate a spegnersi senza clamore.

L’Universo ci dimostra che non serve necessariamente un’esplosione per fare la storia galattica. A volte, le forze più potenti sono quelle che operano nell’ombra, risucchiando inesorabilmente la materia e lasciando dietro di sé solo un freddo, ma efficientissimo, buco nero. Telescopi come il James Webb continueranno a monitorare questi “fondi di garanzia” cosmici per decenni, aiutandoci a mappare la vera ricchezza invisibile delle nostre galassie.

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