Nel cuore delle Galassie

Gli astronomi hanno osservato buchi neri di diverse taglie: quelli di massa compresa fra 5 e 15 masse solari hanno origine, come visto, da stelle morenti. Ma gli astronomi hanno osservato anche superbuchi neri di massa incredibilmente maggiore, e come si è visto nel capitolo 7 Stephen Hawking ha previsto anche buchi neri lillipuziani, di massa assai modesta.

Questo ci introduce all'ultimo argomento di cui discuteremo in questo ipertesto. Se esistono microbuchi neri (ma in realtà buchi bianchi) con una massa di molti ordini di grandezza inferiore a quella del Sole, o superbuchi neri pesanti come un'intera galassia, essi non possono essersi formati in conseguenza del collasso gravitazionale, in quanto la massa dei primi è ampiamente inferiore al limite di Chandrasekhar, e quella dei secondi è troppo elevata per dar vita a stelle, per quanto ipergiganti essi siano. Ma consideriamo un momento il primo caso: siccome stelle di massa così modesta potrebbero facilmente resistere all'azione della loro gravità anche dopo aver "finito la benzina", buchi neri tanto leggeri possono essersi formati solo in seguito allo schiacciamento forzato di materia ordinaria da parte di pressioni esterne estremamente elevate. John A. Wheeler, lo stesso che coniò il termine "buco nero", calcolò una volta che, se un folle dittatore del futuro estraesse l'idrogeno contenuto in tutti gli oceani della terra e lo usasse per fabbricare un'unica, spaventosa bomba H, l'esplosione di questa potrebbe comprimere la materia al suo centro in misura tale da creare un buco nero! Fatti i debiti scongiuri, un'ipotesi più realistica è quella che i buchi neri nani si siano formati nelle condizioni di temperatura e di pressione elevatissime verificatesi nelle primissime fasi della vita dell'universo, poche frazioni di secondo dopo il big bang. Si parla in questo caso di "buchi neri primordiali". Se tale ipotesi fosse corretta, il cosmo pullulerebbe di buchetti neri più piccoli di atomi ma più pesanti di asteroidi, che costituirebbero gran parte della "materia oscura" universale; alcuni di essi potrebbero trovarsi anche all'interno del sistema solare, orbitando alla chetichella intorno al Sole, a un tiro di schioppo da noi. Secondo alcuni, il terribile disastro che il 30 giugno 1908 rase al suolo la regione di Tunguska, nella Siberia orientale, fu dovuto proprio ad un buco nero primordiale che attraversò la terra da un capo all'altro!

Non bisogna però pensare che uno scontro tra la Terra e uno di questi buchi neri primordiali causerebbe un'apocalisse. Il geofisico Shravan Hanasoge, della Princeton University ha calcolato che, se come pensano alcuni, questi buchi neri primordiali sono così numerosi da dare vita alla celebre "materia oscura", la Terra ne dovrebbe incontrare uno in media ogni 10 milioni di anni. Ma le simulazioni effettuate da Hanasoge mostrano che, anche in questo caso, gli effetti non sarebbero disastrosi come quelli osservati a Tunguska. Scontrandosi con la Terra a una velocità di migliaia di chilometri al secondo, si limiterebbero ad attraversarla da parte a parte, scavando un nanotunnel, per poi continuare imperterriti il loro cammino. Se ciò accadesse, però, i sismografi se ne accorgerebbero, registrando uno stranissimo terremoto, fino a magnitudo 4, con due epicentri agli antipodi e pressoché contemporanei, corrispondenti al punto di entrata e al punto di uscita del microbuco nero. Un evento di proporzioni minime rispetto al disastro siberiano del 1908, ma comunque di grandissimo interesse per la cosmologia.

Questo affascinante universo pullulante di buchi neri microscopici appare tuttavia difficilmente conciliabile con il nostro. Come detto nel capitolo precedente, i buchi neri irraggiano radiazione, e quelli più piccoli sono estremamente più attivi (e per questo più facilmente osservabili) di quelli più grossi. Se l'universo è zeppo di questi buchi bianchi come un cane lo è di pulci, si dovrebbe osservare un intenso fondo di radiazione gamma, che in effetti esiste, ma molto meno marcato di quanto richiederebbe la teoria ora descritta. E' molto probabile che questo fondo abbia origini diverse dai buchi neri primordiali, sulla cui presenza nello spazio non esistono a tutt'oggi prove sicure, ma esso ci dice comunque che, se essi esistono, la loro densità non può superare le 300 unità per anno luce cubico, e che quindi essi non rappresentano che un milionesimo della massa totale presente nell' universo. La famosa "materia oscura" dovrà perciò trovare necessariamente degli altri portavoce.

Procedendo ora nella direzione contraria, nel corso della nostra esplorazione ai confini dell'universo scopriremo che vi sono anche corpi celesti indiziati di appartenere alla malefica stirpe dei buchi neri, ben più pesanti anche delle stelle più massicce. Si parla in tal caso di "buchi neri supermassivi".

Il caso più eclatante è quello delle cosiddette RADIOGALASSIE. Si tratta di ammassi stellari che emettono verso di noi un'intensissima radiazione hertziana. Il perchè è a tutt'oggi un mistero. Molte di esse irraggiano anche nella banda X, e al radiotelescopio si presentano con lunghe "code" o "baffi" non osservabili con telescopi ottici. La più famosa radiogalassia è quella che fu inserita negli atlanti stellari con le sigle NGC 4486 o M 87, posta nella costellazione della Vergine a circa 52 milioni di anni luce dalla Terra. Essa presenta un immenso getto di materia ed energia che fuoriesce dal suo nucleo centrale, lungo più di seimila anni luce, e tanto marcato ed impetuoso da risultare visibile persino otticamente (vedi figura 21). L'ipotesi più credibile suggerisce che nel nucleo di M 87 sia in corso un'immane esplosione che interessa l'intera colonia stellare. Nel 1992 il telescopio spaziale Hubble, pur ancora imperfettamente funzionante, ha inviato sulla Terra dei dati che sembrano confermare l'ipotesi da alcuni già timidamente avanzata che al centro del nucleo galattico sia situato un immenso buco nero, la cui massa è stata stimata da Karl Gebhardt, professore dell'Università del Texas, in qualcosa come 6,6 miliardi di masse solari! Questo valore è stato calcolato misurando la velocità con cui le stelle che lo circondano orbitano attorno a esso, che in media è risultata di circa 500 chilometri al secondo (il nostro Sole orbita attorno alla nostra galassia a "soli" 220 chilometri al secondo!). L'orizzonte degli eventi di questo colosso avrebbe un raggio di oltre 20 miliardi di chilometri, quattro volte superiore a quello dell'orbita di Nettuno. Trovandosi a 50 milioni di anni luce dalla Terra, M87 è la più grande galassia dell'universo vicino, e si ritiene che si sia formata in seguito alla fusione di un centinaio di galassie più piccole: anche il suo buco nero centrale potrebbe essersi formato grazie alla fusione di diversi buchi neri. Proprio per la sua relativa vicinanza e per le sue eccezionali dimensioni gli astronomi ritengono che il buco nero di M87 sia il candidato ideale per diventare il primo buco nero ad essere "visto" da un telescopio, dato che finora non esiste una prova osservativa diretta di alcun buco nero, attraverso una rete di diversi telescopi sparsi per il mondo. Una cosa comunque è certa: un mostro di questo genere non può certamente avere un'origine stellare, come quello che sarebbe invece all'opera dentro Cygnus X-1.

Fig. 22 Immagine ripresa dal telescopio spaziale Hubble della galassia M 87, scoperta nel 1918. Si osserva chiaramente il terrificante getto di plasma indirizzato verso di noi. Si tratta del primo buco nero supermassivo mai osservato nel cuore di una galassia.

La cosa, già di per sé degna di un romanzo di Stephen King quando avviene a 52 milioni di anni luce da noi, fa ancor più scalpore se si pensa che anche nel nucleo della nostra galassia è attiva una fortissima sorgente di radioonde, nota come Sagittarius A. In una sfera del raggio di un parsec (3,26 anni luce) è contenuta una massa enorme, 4 milioni di volte superiore a quella solare, tanto che, se tale regione di spazio fosse affollata di stelle di sequenza principale come il Sole, esse sarebbero l'una dall'altra alla distanza che separa i pianeti del sistema solare. Ciò lascia pensare che anche al centro della via Lattea esista un buco nero supermassivo, per quanto sconvolgente possa risultare una notizia del genere! L'impressionante vortice di plasma gassoso, localizzato nel nucleo galattico e visibile nella fotografia riportata in questa pagina, distrugge in ogni secondo quantità immani di materia, riemettendola sotto forma di energia radiante. Se davvero nelle viscere di tutte le galassie è all'opera un simile insaziabile divoratore di stelle, ciò potrebbe spiegare perché la maggior parte della materia luminosa in esse presente appare concentrata nel loro nucleo interno.

A questi buchi neri supermassivi bisogna aggiungere anche le cosiddette "taglie medie", cioè buchi di massa compresa tra le 10 e le 10.000 masse solari, quindi intermedia fra quelli stellari e quelli galattici,. Fino a tempi recenti essi sfuggivano alle tradizionali tecniche di misurazione, e per questo la maggior parte degli astrofisici metteva in dubbio la loro esistenza , ma nel 2014 sono stati inequivocabilmente osservati grazie a lampi luce a ritmo di Bossa Nova da un gruppo di astronomi dell'Università del Maryland. Essi hanno identificato uno di questi rari mostri cosmici "massandolo" in maniera ultra precisa grazie ai lampi di raggi X che lo hanno illuminato con un ritmo sincopato simile, appunto, a quello della Bossa Nova! Il buco nero in questione si chiama M82 X-1 e si trova a 12 milioni di anni luce da noi, nella galassia M 82. È dotato di una massa pari a 428 volte quella del Sole e viene considerato il capostipite di una famiglia di rari e misteriosi buchi neri di dimensioni intermedie, sparsi nell'universo come oasi nel deserto. Il coordinatore dello studio, Dheeraj R. Pasham, ha rielaborato i dati individuando in particolare due lampi di luce che appaiono in modo intermittente, rispettivamente 5 volte e 3 volte al secondo. Queste oscillazioni sono come due granelli di polvere incastrati nei solchi di un vinile che ruota sul giradischi: se venissero tradotte in musica, produrrebbero il ritmo sincopato della Bossa Nova. Di sicuro hanno consentito di misurare con una precisione senza precedenti la massa del buco nero: una tecnica innovativa, che finora era stata applicata solo ai buchi neri più piccoli. L'esistenza di M82 X-1 era già stata ipotizzata nel 1999, quando il telescopio Chandra aveva registrato i raggi X emessi dalla materia che ruota intorno al buco nero prima di essere risucchiata al suo interno. Dal 2004 al 2010, poi, oltre 800 osservazioni effettuate con il telescopio orbitante Rossi hanno consentito di registrare e tracciare ogni singola particella di questi raggi X.

Analizzando alcuni segnali rilevati nel 2011 dai telescopi spaziali XMM-Newton (europeo) e Suzaku (giapponese), alcuni ricercatori della NASA e dell’Università del Michigan hanno addirittura identificato il... "pianto" di una stella divorata da un buco nero fino a quel momento quiescente, identificato con la sigla Swift J1644+57! Scambiati all’inizio per una più comune emissione di lampi di raggi gamma, a un'analisi più attenta i segnali di Swift J1644+57 si sono rivelati un’oscillazione quasi periodica (QPO), una caratteristica dei dischi di accrescimento che come abbiamo visto circondano i buchi neri. Questa emissione proviene da un buco nero supermassiccio al centro di una galassia situata a poco meno di 4 miliardi di ani luce da noi! Finora l’unica QPO osservata in buchi neri supermassicci era stata rilevata in una galassia molto più vicina. « Questa scoperta ci porta fino al bordo più interno di un buco nero situato a miliardi di anni luce di distanza, che è veramente sorprendente. E ci dà l'opportunità di esplorare la natura dei buchi neri e mettere alla prova la relatività di Einstein in un epoca in cui l'universo era molto diverso rispetto a oggi », ha dichiarato Rubens Reis, che ha diretto il team che ha scoperto il segnale QPO.

Oggi sappiamo che quasi ogni grande galassia ha al suo centro un immenso buco nero. La morte delle stelle può produrre piccoli buchi neri, con masse che vanno da circa tre a 100 masse solari, ma questi buchi neri di massa stellare sono minuscoli al confronto con i colossi posti al centro delle galassie, che arrivano a milioni o miliardi di masse solari. Il record per ora è stato fatto registrare dal super buco nero che si trova nel cuore della galassia NGC 1097, pari a 140 milioni di volte quella del Sole (in chilogrammi, tre seguito da ben trentotto zeri). Al confronto, il buco nero al centro della Via Lattea, 35 volte più piccolo, è un peso piuma. La misura è stata resa possibile dal sistema di radiotelescopi Alma (Atacama Large Millimeter Array), nel deserto di Atacama (Cile), inaugurato il 13 marzo 2013. Un gruppo di ricercatori, guidato da Kyoko Onishi dell’Università Sokendai (Giappone) ha escogitato e testato un nuovo metodo per calcolare la massa dei buchi neri nelle galassie molto distanti: tramite Alma, che scruta il cielo nelle frequenze sub millimetriche, hanno potuto misurare con estrema accuratezza la distribuzione e il movimento delle molecole di acido cianidrico (HCN) e dello ione HCO⁺ attorno al nucleo della galassia NGC 1907, dopo di che hanno confrontato i risultati delle osservazioni con quelle di buchi neri di massa meglio conosciuta, ottenendo lo stupefacente risultato.

La prima osservazione diretta di un buco nero galattico è stata effettuata nel 2015 dai telescopi spaziali XMM, dell'Esa, e Nustar, della Nasa, che sono riusciti a penetrare all'interno del guscio di gas e polveri che avvolge il grande buco nero che si trova al centro della galassia NGC 1068, simile alla Via Lattea e distante circa 47 milioni di anni luce da noi, in direzione della costellazione della Balena. La ricerca è stata condotta da Andrea Marinucci, dell'Università Roma Tre e dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf). Si era sempre ritenuto che i buchi neri fossero avvolti da spesse strutture di materia, ma dalle immagini raccolte dai suddetti telescopi è emerso che il materiale che circonda il buco nero è disomogeneo. Questo, secondo gli scienziati, dipende da un picco di luminosità visibile ai raggi X, che sarebbe stato causato da una temporanea riduzione dello spessore del materiale che oscurava il buco nero. Altra scoperta è rappresentata dagli squarci che lasciano intravedere direttamente le regioni più vicine al buco nero. Saranno necessarie altre analisi per comprendere bene le cause di questa struttura e del suo funzionamento, ma secondo l'Istituto Nazionale di Astrofisica e l'Agenzia Spaziale Italiana le nuove caratteristiche emerse potrebbero essere generate dal buco nero mentre ingurgita la materia, o al contrario da agglomerati di materia di densità diverse che precipitano sulla struttura dall'esterno.

Il buco nero più massiccio finora scoperto è un « mostro » con una massa di 21 miliardi di masse solari osservato all'interno dell’ammasso galattico della Chioma, a 300 milioni di anni luce da noi. Tuttavia questi superbuchi neri si trovano sempre in zone dell’universo molto « affollate », cioè in regioni popolate da migliaia di galassie. Invece, trovare un buco nero con una massa di 17 miliardi d volte quella del Sole al centro di una galassia in una regione semivuota, è come trovare un supermercato nel bel mezzo di un deserto. Ecco perchè quando, il 6 aprile 2016, un gruppo di astronomi guidato da Jens Thomas del Max Planck Istitut di Garching, in Germania, lo ha scoperto nel centro della galassia ellittica NGC 1600, che fa parte di un piccolo ammasso di solo una ventina di galassie nella costellazione di Eridano a circa 200 anni luce da noi, tutti sono rimasti sinceramente sorpresi: un fatto davvero inaspettato, che pone nuovi interrogativi ai ricercatori. Questi piccoli ammassi in realtà sono 50 volte più abbondanti nell’universo degli spettacolari grandi ammassi di galassie, come quello della Chioma. Quello appena scoperto è solo la punta dell’iceberg? Ci sono altri enormi buchi neri che « non dimorano nel centro delle metropoli, ma in una prateria desolata », come dice con una metafora Chung-Pei Ma, astronomo dell’Università della California a Berkeley e scopritore materiale del buco nero? Finora la massa dei buchi neri era considerata legata alla grandezza della galassia (o degli ammassi di galassie) che li ospitano, ma quello di NGC 1600 è talmente grande che da solo supera di gran lunga la massa dell’intera galassia; si ipotizza che si nato dalla collisione di due o più galassie i cui buchi neri si sono uniti.

Misurare la massa dei buchi neri nel centro delle galassie vicine è relativamente semplice: dal moto delle stelle si può dedurre la forza gravitazionale esercitata dall’oggetto oscuro e da qui la sua stazza (come è stato fatto nel caso della Via Lattea), ma quando le distanze si fanno considerevoli la cosa diventa estremamente più complicata, perché non è più possibile distinguere i singoli astri. Si ricorre allora all’osservazione del gas ionizzato intorno al centro galattico, ma questa tecnica funziona bene solo per le galassie ellittiche. Da ora, grazie ai nuovi potenti radiotelescopi come ALMA, anche i buchi neri all’interno di galassie a spirale non avranno più segreti riguardo alle loro masse.

Questi buchi neri supermassivi pongono però altre domande essenziali: come mai sono così comuni nelle galassie? Tanto per parafrasare una famosa domanda, chi è nato prima, la galassia o il buco nero? Oppure galassie e buchi neri al loro interno si evolvono contemporaneamente, in una sorta di simbiosi, dove la crescita dell’uno condiziona lo sviluppo dell’altra e viceversa? E come si sono formati?

Il mistero è complicato dal fatto che probabilmente i buchi neri supermassivi esistevano già quando l’universo era molto giovane. Nel giugno 2011, per esempio, gli astronomi hanno annunciato la scoperta del più antico buco nero supermassivo oggi noto: un “mostro” di due miliardi di masse solari che esisteva già 13 miliardi di anni fa, appena 770 milioni di anni dopo il Big Bang. Come hanno fatto i buchi neri a diventare così grandi tanto in fretta?

Fig. 23 Foto ripresa il 4 dicembre 1995 dal telescopio spaziale Hubble, che ci mostra il cuore della galassia NGC 4261, a circa 100 milioni di anni luce dalla Terra, nella costellazione della Vergine. Questo disco, di 800 anni luce di diametro, circonda un buco nero al centro con massa pari ad 1,2 miliardi di masse solari, come desunto dallo studio della velocità di rotazione del disco.

Una formazione così rapida lascia perplessi perché, anche se questi buchi hanno la reputazione di essere possenti aspirapolvere cosmici, come abbiamo visto possono anche comportarsi come immensi… mantici. Il gas che cade verso un buco nero gli ruota attorno formando un immenso disco, il disco di accrescimento. La materia si riscalda ed emette radiazioni, che spingono via altra materia diretta verso l'interno, limitando la velocità a cui il buco nero potrebbe ingrandirsi per accrescimento. Si calcola che un buco nero che risucchia alla massima velocità la materia che lo circonda raddoppierà la propria massa ogni 50 milioni di anni, e questa velocità è troppo bassa perché un buco nero di massa stellare possa crescere in meno di un miliardo di anni fino a diventare un mostro pesante miliardi di masse solari.

Gli astrofisici hanno proposto due modi in cui possono formarsi i buchi neri. Il primo, noto già da molti anni, ipotizza che i primi buchi neri giganteschi fossero effettivamente i cadaveri di stelle. Le prime stelle in assoluto che si sono formate nell'universo avevano probabilmente una massa estremamente elevata rispetto a quelle formatesi più tardi, come il nostro Sole, perché nelle nubi di gas primordiale non c'erano gli elementi che contribuiscono a raffreddare il gas e a formare blocchi più piccoli. Queste grandi stelle si sarebbero consumate presto, e avrebbero prodotto buchi neri di 100 masse solari. Deve essere poi intervenuto qualche fenomeno che li ha fatti ingrandire più velocemente del normale. Una possibilità del genere può verificarsi in un ammasso denso di stelle, in cui le stelle e i buchi neri più grandi tendono a finire vicino al centro dell'ammasso. Un buco nero centrale potrebbe crescere rapidamente fino a 10.000 masse solari, fagocitando altri buchi neri e infrangendo i normali limiti di crescita. All'ulteriore crescita verso dimensioni colossali potrebbe contribuire qualche altro grande buco nero nel menu.

Siccome fin dai primordi c'erano grandi buchi neri supermassivi, gli astronomi hanno cominciato a chiedersi se i buchi neri di massa stellare possono diventare supermassivi in un tempo sufficientemente breve, addirittura cominciando l'esistenza con questo tipo di crescita accelerata. Sono così stati proposti modelli che portano a buchi più grandi eliminando gli intermediari, cioè le stelle. Sarebbe una grande nube di gas a collassare creando un buco nero, più grande di quelli prodotti dalla morte di una stella. Generando buchi neri di massa compresa tra 10.000 e 100.000 volte quella del Sole, questo processo allevia le ristrettezze di tempo per arrivare presto a buchi neri supermassivi. Questo tipo di collasso diretto non avviene nell’universo attuale, ma quando l'universo era giovane le condizioni erano diverse.

Uno studio pubblicato nel 2017 ha proposto un terzo possibile modello. Grazie a simulazioni al computer Zoltan Haiman, professore di astronomia della Columbia University, e colleghi hanno mostrato che un buco nero può crescere rapidamente se si forma al centro di una galassia la cui capacità di formare nuove stelle viene inibita dall'intensa radiazione emessa da un'altra galassia vicina. In altre parole, la prima galassia cresce solo fino a un certo punto e infine collassa, formando un buco nero che si nutre di gas, polveri e stelle morenti. « Il collasso di una galassia e la formazione di un buco nero di un milione di masse solari è un processo che impiega 100.000 anni, cioè un battito di ciglia se confrontato con i tempi cosmici », ha spiegato Haiman. « Poche centinaia di milioni di anni dopo può diventare un buco nero supermassiccio con una massa miliardi di volte superiore a quella del Sole: il processo dunque è molto più rapido di quanto ci si aspetti. »

Ma in che modo l'interazione con un'altra galassia può dare il via alla crescita di un buco nero? Nell'universo primordiale stelle e galassie si formarono dal raffreddamento dell'idrogeno molecolare. Ora, se la trasformazione dell'idrogeno in stelle avvenne abbastanza lontano dai buchi neri, questi non avrebbero avuto sufficiente materiale con cui alimentarsi per raggiungere le massime dimensioni. In alcuni casi fu però possibile superare questo limite. Nel 2008, lo stesso Haiman aveva ipotizzato che la radiazione prodotta da una galassia massiccia vicina avrebbe potuto scindere l'idrogeno molecolare in idrogeno atomico e causare il collasso della nascente galassia. Uno studio successivo di Eli Visbal, ricercatore della Columbia University, ha calcolato che per emettere sufficiente radiazione da inibire la formazione stellare, la galassia vicina avrebbe dovuto essere almeno 100 milioni di volte più massiccia del Sole. E nell'universo primordiale esisteva un numero sufficiente di queste galassie da spiegare i buchi neri supermassicci osservati finora. Nel nuovo studio è stato sviluppato un modello al computer di questo processo: i ricercatori hanno così scoperto che la galassia che inibisce la formazione stellare potrebbe essere più piccola e più vicina di quanto stimato in precedenza.

Purtroppo è difficile decidere quale di questi scenari abbia avuto luogo, se i buchi neri siano partiti da piccoli, come prodotto di stelle morenti, o al contrario siano partiti da grandi, come prodotto di implosioni di gas. Anche se gli astronomi possono scrutare il passato osservando con i telescopi regioni lontanissime, ancora non possono sperare di individuare embrioni di buchi neri mentre si stanno formando: anche gli embrioni più grandi sarebbero troppo piccoli per essere visti a queste distanze. Il James Webb Space Telescope li potrebbe rilevare, ma non sarà lanciato prima del 2018, ammesso che si trovino i finanziamenti per realizzarlo, cosa che a tutt’oggi appare tutt'altro che sicuro.

Come siano nati questi super buchi neri, dunque, resta un enigma. Una risposta abbastanza convincente è riuscita a ottenerla solo un gruppo di scienziati guidato da Lucio Mayer dell’Istituto di fisica teorica dell’Università di Zurigo. Egli ha utilizzato de i supercomputer per simulare i complicatissimi processi che avvengono fra gigantesche masse di materia governate da imponenti forze gravitazionali. Grazie ad essi, Mayer ha verificato che i buchi neri più giganteschi possono essere scaturiti da un evento disastroso come la collisione e la fusione tra due galassie primordiali, avvenuta quando l’universo era giovanissimo e aveva solo poche centinaia di milioni di anni di età. La grande nube di gas derivata dallo scontro, con massa equivalente a milioni di volte quella del nostro sole, se concentrata in una piccola regione di spazio può innescare un rapido processo di trasformazione arrivando, forse direttamente, grazie all’imponente forza di gravità, alla nascita del superbuco nero, saltando i passaggi intermedi della formazione stellare. E in poco tempo un buco nero iniziale di poche centinaia di milioni di masse solari può crescere, accumulando materia e conquistandosi una taglia di miliardi di masse solari. L'uno per cento della massa della galassia sarebbe allora concentrata in questo incredibile buco nero centrale, che in qualche misura ricorda l'Angband descritto da Tolkien nel "Signore degli Anelli"; le stelle più vicine al centro dell'ammasso galattico precipiterebbero in esso, emettendo in un sol colpo tutta la propria energia gravitazionale, e giustificando l'impressionante emissione radiativa da parte di galassie come M 87. Secondo i modelli finora concepiti, galassie e i superbuchi neri si sviluppavano in parallelo; Mayer ha dimostrato invece che questi giganteschi mostri dell’universo sono capaci di crescere molto più velocemente delle isole stellari in cui sono incastonati, e regolare essi stessi l’evoluzione della galassia. Ne riparleremo ancora nel prossimo capitolo.

Ma non è finita. Attorno al buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea nell'aprile 2018 è stata identificata una dozzina di buchi neri più piccoli! A compiere l'impresa sono stati alcuni ricercatori della Columbia University e dello Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, e tale scoperta rappresenta la prima conferma di una previsione teorica avanzata una ventina di anni fa, secondo la quale i buchi neri supermassicci al centro delle galassie dovrebbero essere circondati da una miriade di piccoli buchi neri. Infatti i buchi neri supermassicci sono circondati da un alone di gas e polveri che rappresenta il terreno di coltura perfetto per la nascita di stelle massicce, che alla loro morte potrebbero trasformarsi in buchi neri. Inoltre, anche i buchi neri formatisi all'esterno dell'alone subiscono l'influenza del buco nero supermassiccio mentre perdono la loro energia, avvicinandosi così sempre più a esso. Finora i tentativi di trovare un picco di concentrazione di buchi neri si erano concentrati sulla ricerca del lampo luminoso di raggi X provocato a volte da un sistema binario di buchi neri, ma si tratta di eventi estremamente rari. Tuttavia, i buchi neri possono anche accoppiarsi a una stella di piccola massa, e questo accoppiamento provoca emissioni di raggi X che sono molto più deboli, ma coerenti e rilevabili. Studiando le proprietà e la distribuzione spaziale dei sistemi binari noti ed estrapolando dalle loro osservazioni, i ricercatori hanno infine concluso che nella zona circostante il nostro centro galattico dovrebbero esserci da 300 a 500 sistemi binari formati da un buco nero e una stella di piccola massa, e circa 10.000 buchi neri isolati. La scoperta sarà utile anche per la ricerca delle onde gravitazionali, perché conoscere il numero di buchi neri al centro di una galassia può aiutare a prevedere con maggiore precisione quanti eventi di onda gravitazionale possono esservi associati.

Fig. 24 Se il Sistema solare si trovasse dentro la galassia M 60-UCD1, nel nostro cielo sarebbero visibili, a occhio nudo, un milione di stelle, anziché 5.000! M 60-UCD1, distante 50 milioni di anni luce dalla Terra, è infatti la galassia più compatta che si conosca. Ma è un nanerottolo con un cuore gigante: utilizzando il telescopio spaziale Hubble e il Gemini North sul Mauna Kea alle Hawaii, è stato scoperto al suo interno un buco nero supermassivo che ha circa cinque volte la massa di quello al centro della Via Lattea. Questa immagine ne è una rielaborazione artistica, che mostra chiaramente l'effetto di lente gravitazionale sullo sfondo di migliaia e migliaia di astri. M 60-UCD1 ha un diametro di "appena" 300 anni luce, quindi è 500 volte più piccola della nostra galassia. L'ipotesi è che M 60-UCD1 sia stata, in passato, molto più grande, ma abbia perso gran parte delle sue stelle periferiche a causa della vicinanza alla grande galassia M 60, e sia destinata, in futuro, a fondersi con essa.