Cygnus X-1 ha più massa del previsto, oltre 20 volte quella del Sole

Un team di astronomi guidato da James Miller-Jones dell’Icrar ha osservato Cygnus X-1 (un sistema che ospita il primo buco nero mai confermato) con il Very Long Baseline Array. Confrontando i dati recenti con quelli meno recenti ha scoperto che il buco nero e la sua stella compagna sono molto più lontani e significativamente più massicci di quanto si pensasse. I risultati su Science
di Paolo Soletta
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Cygnus X-1 è un oggetto quasi leggendario per gli astronomi specializzati in buchi neri. Fu scoperto nel 1964 grazie a due contatori Geiger (rilevatori di onde elettromagnetiche ionizzanti, come i raggi X e gamma) montati su un razzo sub-orbitale lanciato dal Nuovo Messico, in Usa. Non vi era però certezza sulla natura del segnale rilevato. E dieci anni non bastarono per risolvere il mistero, tanto che nel 1974 Stephen Hawking scommetteva contro Kip Thorne, due giganti della storia dell’astrofisica mondiale, che Cygnus X-1 non fosse un buco nero. Visto che vi abbiamo anticipato la risposta, immaginerete come è andata a finire: Hawking ammise di aver perso, ma solo nel 1990.

Già si sapeva che il sistema è composto dal buco nero stesso – uno fra i più vicini alla Terra – e da una stella compagna, una supergigante blu che alimenta il buco nero con il suo vento di materia. Ora un nuovo studio, pubblicato ieri su Science, mostra sotto una nuova luce Cygnus X-1, insieme ad altri due studi sullo stesso oggetto pubblicati sempre ieri su The Astrophysical Journal. Grazie a queste ricerche si è potuto appurare che quello presente nel sistema è il buco nero stellare più massiccio mai scoperto – esclusi quelli osservati con le onde gravitazionali.

Il team di astronomi che ha pubblicato l’articolo su Science si è avvalso dei dati raccolti con il Very Long Baseline Array (Vlba), ovvero una rete continentale di dieci telescopi in grado di osservare all’unisono in tutti gli Stati Uniti con una tecnica molto avanzata per la misurazione delle distanze spaziali, ma concettualmente piuttosto semplice: la misura della parallasse.  «Se osserviamo un oggetto da diverse località, possiamo calcolare la sua distanza da noi misurando il suo spostamento apparente rispetto allo sfondo», spiega il primo autore dello studio, James Miller-Jones dell’Icrar e della Curtin University, in Australia. «Se tenete un dito di fronte agli occhi e lo guardate con un occhio per volta, vi sembrerà di vederlo saltare da una posizione all’altra. È esattamente lo stesso principio».

Il team ha osservato nell’arco di sei giorni un’orbita completa del buco nero intorno alla stella, e confrontato i dati ottenuti con quelli serie di osservazioni dello stesso sistema compiute, sempre con la rete Vlba, nel 2011. Questo metodo ha permesso di scoprire che Cygnus X-1 è molto più lontano di quanto pensassimo: non 6100 bensì oltre 7200 anni luce. Il che comporta che sia il buco nero sia la stella compagna siano significativamente più massicci di quanto si ritenesse, tanto da rappresentare un rompicapo per gli astronomi che vogliano spiegarne la formazione.

«Le stelle perdono massa nel loro ambiente circostante a causa dei venti stellari che soffiano via materiali dalla loro superficie. Ma per dare origine a un buco nero così pesante dobbiamo ipotizzare che la quantità di massa che le stelle perdono durante la loro vita sia inferiore a quanto pensavamo», dice uno dei coautori dello studio, Ilya Mandel, della Monash University. «Il buco nero nel sistema Cygnus X-1 è nato come una stella avente circa 60 volte la massa del Sole ed è collassato decine di migliaia di anni fa. Incredibilmente, orbita attorno alla sua stella compagna – una supergigante – ogni cinque giorni e mezzo, a una distanza cinque volte inferiore a quella tra Sole e Terra. Queste nuove osservazioni ci dicono che il buco nero “pesa” ben oltre 20 masse solari, il 50 per cento in più di quanto precedentemente stimato».

«Usando le misure aggiornate sulla massa e sulla distanza del buco nero dalla Terra», aggiunge Xueshan Zhao, coautrice e dello studio e dottoranda all’Osservatorio astronomico nazionale di Pechino, «siamo stati in grado di confermare che Cygnus X-1 sta ruotando in modo incredibilmente veloce, molto vicino alla velocità della luce e più veloce di ogni altro buco nero scoperto fino ad oggi».

Per saperne di più:

Leggi su Science l’articolo “Cygnus X-1 contains a 21–solar mass black hole—Implications for massive star winds”, di James C. A. Miller-Jones, Arash Bahramian, Jerome A. Orosz, Ilya Mandel, Lijun Gou, Thomas J. Maccarone, Coenraad J. Neijssel, Xueshan Zhao, Janusz Ziółkowski, Mark J. Reid, Phil Uttley, Xueying Zheng, Do-Young Byun, Richard Dodson, Victoria Grinberg, Taehyun Jung, Jeong-Sook Kim, Benito Marcote, Sera Markoff, María J. Rioja, Anthony P. Rushton, David M. Russell, Gregory R. Sivakoff, Alexandra J. Tetarenko, Valeriu Tudose e Joern Wilms