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La dinamica stellare nei pressi del buco nero supermassiccio della Via Lattea
Una recente ricerca condotta dall’Università Northwestern ha esplorato il destino delle stelle situate nelle vicinanze del buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea, noto come Sagittarius A*. Attraverso simulazioni di 1.000 stelle, gli astrofisici hanno scoperto che le collisioni ad alta velocità tra stelle portano alla formazione di astri dall’aspetto giovanile. Questi corpi celesti possono trasformarsi in stelle di bassa massa e spogliate o fondersi in entità massicce, presentando un’apparenza ringiovanita nonostante la loro origine antica.
Collisioni stellari: un fenomeno comune vicino al cuore della Via Lattea
La regione circostante il buco nero centrale della Via Lattea è densamente popolata da stelle che si muovono a velocità estremamente elevate. Questa condizione favorisce frequenti e brutali collisioni stellari. Simulando gli effetti di tali collisioni intense, lo studio ha rivelato che i sopravvissuti possono perdere massa e diventare stelle di bassa massa o possono fondersi con altre stelle per diventare entità massicce e apparentemente ringiovanite.
“La regione intorno al buco nero centrale è densa di stelle che si muovono a velocità estremamente elevate,” ha affermato Sanaea C. Rose, ricercatrice principale dello studio. “È un po’ come correre attraverso una stazione della metropolitana incredibilmente affollata a New York durante l’ora di punta. Se non stai collidendo con altre persone, le stai passando molto vicino. Per le stelle, anche questi incontri ravvicinati causano interazioni gravitazionali. Volevamo esplorare cosa significano queste collisioni e interazioni per la popolazione stellare e caratterizzare i loro esiti.”
Destinate a collidere: la sorte delle stelle nel centro galattico
Il centro della Via Lattea è un luogo strano e selvaggio. L’attrazione gravitazionale di Sagittarius A* accelera le stelle a velocità spaventose lungo le loro orbite. E il numero di stelle racchiuse nel centro della galassia è di oltre un milione. La combinazione di un ammasso stellare densamente popolato e velocità fulminee equivale a un derby di demolizione ad alta velocità. Nella regione più interna, entro 0,1 parsec dal buco nero, poche stelle sfuggono illese.
“La stella più vicina al nostro sole è a circa quattro anni luce di distanza,” ha spiegato Rose. “All’interno della stessa distanza vicino al buco nero supermassiccio, ci sono più di un milione di stelle. È un quartiere incredibilmente affollato. Inoltre, il buco nero supermassiccio ha una forte attrazione gravitazionale. Mentre orbitano intorno al buco nero, le stelle possono muoversi a migliaia di chilometri al secondo.”
In questo quartiere stretto e frenetico, le stelle possono collidere con altre stelle. E più le stelle vivono vicino al buco nero supermassiccio, maggiore è la probabilità di collisione. Curiosa degli esiti di queste collisioni, Rose e i suoi collaboratori hanno sviluppato una simulazione per tracciare il destino delle popolazioni stellari nel centro galattico. La simulazione prende in considerazione diversi fattori: densità dell’ammasso stellare, massa delle stelle, velocità dell’orbita, gravità e distanze da Sagittarius A*.
Dai ‘violenti high five’ alle fusioni totali
Nella sua ricerca, Rose ha individuato un fattore che è più probabile determini il destino di una stella: la sua distanza dal buco nero supermassiccio.
Entro 0,01 parsec dal buco nero, le stelle, muovendosi a velocità che raggiungono migliaia di chilometri al secondo, si scontrano costantemente l’una con l’altra. Raramente si tratta di una collisione frontale, ma piuttosto di un “violento high five”, come lo descrive Rose. Gli impatti non sono abbastanza forti da distruggere completamente le stelle. Invece, esse perdono i loro strati esterni e continuano a muoversi lungo il percorso di collisione.
“Si scontrano e continuano a muoversi,” ha detto Rose. “Si sfiorano come se si scambiassero un high-five molto violento. Questo causa l’espulsione di materiale e la perdita dei loro strati esterni. A seconda di quanto velocemente si muovono e di quanto si sovrappongono quando collidono, potrebbero perdere gran parte dei loro strati esterni. Queste collisioni distruttive risultano in una popolazione di strane stelle spogliate e di bassa massa.”
Al di fuori di 0,01 parsec, le stelle si muovono a un ritmo più rilassato, centinaia di chilometri al secondo invece di migliaia. A causa delle velocità più lente, queste stelle collidono tra loro ma poi non hanno abbastanza energia per sfuggire. Invece, si fondono per diventare più massicce. In alcuni casi, potrebbero anche fondersi più volte per diventare 10 volte più massicce del nostro sole.
“Alcune stelle vincono la lotteria delle collisioni,” ha detto Rose. “Attraverso collisioni e fusioni, queste stelle raccolgono più idrogeno. Sebbene siano state formate da una popolazione più anziana, si mascherano da stelle ringiovanite e dall’aspetto giovanile. Sono come stelle zombie; mangiano i loro vicini.”
Tuttavia, l’apparenza giovanile ha un costo: una minore aspettativa di vita.
“Muoino molto rapidamente,” ha detto Rose. “Le stelle massicce sono un po’ come auto giganti che consumano molto carburante. Iniziano con molto idrogeno, ma lo bruciano molto, molto velocemente.”
Un ambiente estremo ‘senza eguali’
Sebbene Rose trovi semplice gioia nello studiare la regione bizzarra ed estrema vicino al nostro centro galattico, il suo lavoro può anche rivelare informazioni sulla storia della Via Lattea. E poiché l’ammasso centrale è estremamente difficile da osservare, le simulazioni del suo team possono illuminare processi altrimenti nascosti.
“È un ambiente senza eguali,” ha detto Rose. “Le stelle, che sono sotto l’influenza di un buco nero supermassiccio in una regione molto affollata, sono diverse da qualsiasi cosa vedremo mai nel nostro vicinato solare. Ma se possiamo conoscere queste popolazioni stellari, potremmo essere in grado di apprendere qualcosa di nuovo su come è stato assemblato il centro galattico. Almeno, fornisce sicuramente un punto di contrasto per il quartiere in cui viviamo.”
La presentazione di Rose all’APS includeva ricerche pubblicate da The Astrophysical Journal Letters nel marzo 2024 e da The Astrophysical Journal nel settembre 2023.
Questo lavoro è stato supportato dalla National Science Foundation (numero di concessione AST 2206428) e dalla NASA (numero di concessione 80NSSC20K050), nonché dal Charles E. Young Fellowship, il Dissertation Year Fellowship presso UCLA, il Thacher Fellowship, l’Istituto Bhaumik e il CIERA Lindheimer Fellowship.
