• 6 Agosto 2022 19:50

SCIENZA & DINTORNI

Divulgazione storica e scientifica – DIRETTORE Fabiana Leoncavallo

Una stella orbita intorno al buco nero centrale Sgr A* al 3% della velocità della luce

Fino a poco tempo fa, si riteneva che la stella più vicina a ruotare intorno al buco nero centrale fosse S2, ma dopo ben 10 anni di osservazioni, la stella chiamata S4716, le ha strappato il primato. Si è inoltre scoperto che orbita alla pazzesca velocità del 3% della velocità della luce.

La Terra ruota su sé stessa in 24 ore e orbita intorno al Sole in un anno. Per compiere una rotazione completa di 40.000 circa (circonferenza terrestre), il pianeta, gira ad una velocità di 1670 km/h, all’equatore. Il raggio della distanza Sole – Terra (che corrisponde ad una unità astronomica ‘UA’) è di circa 150 milioni di chilometri.

Applicando la formula che tutti (o che almeno dovremmo) ricordiamo dagli studi scolastici per ricavare la circonferenza del cerchio possiamo utilizzare il raggio. La formula derivante è 2 x π x r, da cui ricaviamo una dimensione dell’orbita terrestre pari, quasi, a 940 milioni di chilometri. Se, infine, dividiamo questo valore per le ore in un anno, che sono la bellezza di 8.766, allora scopriamo che la Terra orbita intorno al Sole alla velocità di 107.000 km/h. 30 km/s.

Anche il Sole ovviamente ruota su sé stesso, e per farlo ci impiega 25 giorni. Il che significa che ha una velocità di rotazione pari a 7.298 km/h (la circonferenza del Sole è pari a 4.379.000 km). Le velocità si alzano sensibilmente, se consideriamo la velocità orbitale del Sole intorno al centro della Via Lattea, nel così detto Anno Galattico. A questo punto scopriamo che le velocità in gioco sono di 720.000 km/h, ossia 220 Km/s. Grazie a questi dati, sappiamo che il Sole fa un giro intero della nostra galassia in 230 milioni di anni.

Anche la Via Lattea si muove nello spazio rispetto ad altre galassie circostanti a circa 600 km/s (ma non è ancora confermata la velocità esatta). Se questo valore venisse confermato, significa che ogni giorno la Terra percorre 51.840.000 km e più di 18.900.000.000 km ogni anno!

Rappresentazione del Sole e il suo sistema che viaggiano velocemente intorno alla via Lattea  Credito: wwwdjsadhu.com

Nuove scoperte

Dal nostro punto di vista, abituati alle velocità con le quali abbiamo più dimestichezza come gli 800 km/h di un volo di linea o i ben miseri 130 km/h in macchina in autostrada, le velocità della Terra e del Sole nel loro “eonico” viaggio nel cosmo, possono sembrare altissime. Tuttavia, studi recenti hanno individuato nuove stelle orbitanti intorno al buco nero centrale Sgr A* (di cui ci è stata regalata una magnifica fotografia dal EHT) a velocità davvero allucinanti.

Tale popolazione di stelle nel cuore della nostra galassia che gira intorno a Sagittario A* è stata appena identificata dagli astronomi dopo dieci anni di osservazioni e calcolo delle velocità orbitali. Gli sforzi congiunti di vari istituti di ricerca hanno portato all’identificazione della stella più vicina e più veloce. Si chiama S4716 e orbita attorno a Sag A* una volta ogni quattro anni, a più di 8000 km/s, il 3% della velocità della luce! Questo la rende ufficialmente la stella più veloce che si muove nel cuore della nostra galassia.  

La popolazione spremiagrumi

S4716 e i suoi vicini cluster ad alta velocità sono stati soprannominati “Squeezar“, (contrazione di spremiagrumi e stella in inglese: squeezer+star).  Il nome è stato suggerito per la prima volta dagli scienziati Tal Alexander e Mark Morris nel 2003 per descrivere una classe di stelle che segue un’orbita estremamente eccentrica (più allungata che circolare) attorno ad un buco nero super-massiccio centrale. Questo ammasso di stelle si adatta abbastanza al soprannome, tanto vengono appiattite dalla velocità orbitale. La lettera S nei loro deriva proprio da Squeezar e indica le stelle prossime ad un buco nero.

Negli ultimi dieci anni, gli astronomi hanno identificato questo ammasso, partendo da una stella chiamata S2 che pensavano fosse la più vicina al buco nero.  Le stelle neo scoperte furono chiamate S4714, S4711, S4713 e S4715, tutti con un movimento abbastanza veloce. Quindi, S4716 è solo l’ultima scoperta nell’ammasso di stelle in cerchio Sag A*.

Vista nel vicino infrarosso del cluster S vicino al buco nero centrale Sgr A* si notino S2 e S4716 con unorbita molto stretta. Credito: The Astrophysical Journal (2022). DOI: 10.3847/1538-4357/ac752f

Velocità Pazzesche

Perché le stelle nell’ammasso sfrecciano come api vicino ad un alveare? È tutta davvero solo meccanica orbitale. La velocità di un oggetto orbitante è influenzata dalla massa dell’oggetto in orbita e dal raggio del corpo in orbita. In questo caso, utilizziamo la massa del buco nero e il raggio dell’orbita della stella. Sag A* ha una massa di circa 4,1 milioni di masse solari. Ciò genera un’enorme attrazione gravitazionale, che colpisce l’orbita di qualsiasi cosa nelle vicinanze. Più una stella si avvicina al buco nero, più velocemente orbita. Ed ecco perché S4716 si sta muovendo così velocemente. Ha un raggio orbitale (al suo avvicinamento più vicino) di 100 unità astronomiche. È solo cento volte la distanza tra la Terra e il Sole, dannatamente piccola in termini astronomici.

I ricercatori dell’Università di Colonia e dell’Università Masaryk di Brno hanno osservato la stella e analizzato i loro dati per calcolarne il raggio orbitale e la velocità. È così che l’hanno cronometrato in movimento ad una quantità significativa della velocità della luce, abbastanza alta da farcela considerare pazzesca!

Per ottenere le loro osservazioni, gli astronomi hanno utilizzato cinque telescopi a Mauna Kea (Hawai’i) e Chili, dotati di speciali strumenti che consentono loro di misurare il movimento della stella. Hanno combinato quattro di questi telescopi per creare un occhio gigante sul cielo, ottenendo così maggiori dettagli. Quindi, hanno applicato algoritmi specifici per analizzare i dati e comprendere l’orbita della stella. Trovarne una così vicino è stata comunque una sorpresa per la squadra. “Per una stella essere in un’orbita stabile così vicina e veloce in prossimità di un buco nero super-massiccio era del tutto inaspettato e segna il limite che può essere osservato con i telescopi tradizionali“, ha affermato Florian Peissker, leader del team di ricerca.

Una domanda che gli astronomi continuano a porsi è come queste stelle si siano avvicinate così tanto al buco nero. Non è probabile che si siano formati lì poiché l’azione del buco nero interrompe le fabbriche di formazione stellare, fagocitando tutto il materiale necessario. Ciò impedisce la nascita di stelle nelle immediate vicinanze di Sag A*. Ma c’è un’altra spiegazione. “L’orbita compatta e di breve periodo di S4716 è piuttosto sconcertante”, ha affermato il membro del team Michael Zajacek, astrofisico della Masaryk University. “Le stelle non possono formarsi così facilmente vicino al buco nero. S4716 ha dovuto spostarsi verso l’interno, ad esempio avvicinandosi ad altre stelle e oggetti nell’ammasso S, il che ha causato una significativa riduzione della sua orbita“.

Conclusioni

E abbastanza logico aspettarsi che anche altri buchi neri supermassicci – come ad esempio il gigantesco centrale della galassia M87 avente massa di 6 miliardi di masse solari – possano avere i loro cluster di stelle Squeezar e queste, a loro volta, si muoveranno a velocità ancora più alte del 3% della velocità della luce alla quale si muove S4716.

Fonti:

https://phys.org/news/2022-07-kilometers-star-shortest-orbital-period.html

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac752f#apjac752fs5

Luca Garbin

Laurea magistrale in economia e finanze internazionale, per anni ho lavorato nel settore assicurativo, coltivando in parallelo la passione per le scienze naturali e sociali oltre che per la scrittura. Nei miei articoli cerco di far avvicinare i neofiti agli argomenti  ed intrigare gli esperti, coadiuvando uno stimolante accrescimento personale

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