Quando una stella viene divorata da un buco nero: osservato un effetto chiave della relatività di Einstein

Un segnale inizialmente ordinario, registrato nell’ottobre del 2020 dalla Zwicky Transient Facility, si è trasformato nel tempo in uno degli indizi osservativi più solidi mai raccolti a sostegno di un effetto relativistico previsto da Albert Einstein. È quanto emerge dallo studio internazionale dedicato all’evento di distruzione mareale Tde 2020afhd, pubblicato su Science Advances e guidato da Yanan Wang, dell’Accademia cinese delle scienze, con la partecipazione – tra gli altri – di Ranieri Baldi e Francesca Onori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica.

L’evento ha avuto origine nella galassia Leda 145386, a circa 120 milioni di anni luce dalla Terra, quando una stella si è spinta troppo vicino a un buco nero supermassiccio, venendo letteralmente fatta a pezzi dalle forze mareali. Parte della materia stellare ha dato vita a un disco di accrescimento estremamente caldo e luminoso, mentre un getto relativistico è stato lanciato perpendicolarmente al disco stesso: una configurazione ideale per studiare la fisica estrema che governa l’ambiente dei buchi neri.

Un monitoraggio senza precedenti

Dopo il marcato rebrightening osservato il 4 gennaio 2024, il team di Wang ha avviato una campagna osservativa coordinata a livello globale, durata oltre un anno e condotta su più lunghezze d’onda. Dallo spazio, il Tde 2020afhd è stato seguito dai telescopi per raggi X Swift, Nicer e XMM-Newton; da Terra, l’evento è stato monitorato dai radiointerferometri Vla, Atca, e-Merlin e Vlba, oltre che dai telescopi ottici cinesi di Xinglong e Lijiang. Una copertura completa, pensata per cogliere ogni variazione significativa nel tempo.

L’analisi dei dati ha rivelato un comportamento inatteso: circa 215 giorni dopo l’evento iniziale, la curva di luce in banda X ha mostrato oscillazioni quasi periodiche con un periodo di circa 19,6 giorni e variazioni di ampiezza superiori a un fattore dieci. Un’analoga variabilità, ben sincronizzata, è stata osservata anche in banda radio.

Disco e getto che “danzano” insieme

Queste oscillazioni rappresentano, secondo gli autori, la prova osservativa più convincente finora ottenuta della co-precessione tra il disco di accrescimento e il getto relativistico di un buco nero. «Il comportamento quasi periodico e coerente su più bande indica chiaramente che disco e getto stanno precessando come un sistema unico», spiega Wang. «È come osservare il sistema del buco nero oscillare ritmicamente nello spazio».

Alla base di questo moto coordinato vi sarebbe l’effetto Lense-Thirring, un fenomeno di trascinamento dello spaziotempo prodotto dalla rotazione di un oggetto massivo, previsto dalla relatività generale. «La rotazione del buco nero centrale trascina lo spaziotempo circostante», chiarisce Baldi, «imprimendo al disco di accrescimento e al getto una lenta ma coerente rotazione. Il risultato è una modulazione osservabile della luminosità in banda X e radio, amplificata da un vero e proprio “effetto faro” quando il getto attraversa periodicamente la nostra linea di vista».

Una nuova finestra sui buchi neri dormienti

Per gli astronomi, lo studio di Tde 2020afhd rappresenta molto più di una conferma teorica. «Questo risultato dimostra le enormi potenzialità delle strategie osservative multibanda nello studio dei transienti», sottolinea Francesca Onori. «Gli eventi di distruzione mareale sono strumenti straordinari per indagare i processi di accrescimento attorno a buchi neri supermassicci normalmente inattivi, che altrimenti resterebbero invisibili».

In un’epoca in cui l’astrofisica punta sempre più su osservazioni coordinate e di lungo periodo, la “danza” tra disco e getto osservata in Tde 2020afhd segna un passo decisivo: non solo verso la comprensione dei buchi neri, ma anche verso la verifica diretta, su scala cosmica, degli effetti più sottili e affascinanti della relatività generale.

«Questo eccellente risultato», conclude un’altra coautrice dello studio, Francesca Onori dell’Inaf d’Abruzzo, «mostra non solo le grandi potenzialità di un’adeguata strategia osservativa in multibanda nello studio dei transienti, ma anche come i Tde siano dei potenti strumenti per studiare i fenomeni legati all’accrescimento di materia attorno a buchi neri supermassicci dormienti, che altrimenti non sarebbero visibili agli astronomi».

Per saperne di più:

• Leggi su Science Advances l’articolo “Detection of disk-jet co-precession in a tidal disruption event”, di Yanan Wang, Zikun Lin, Linhui Wu, Weihua Lei, Shuyuan Wei, Shuang-Nan Zhang, Long Ji, Santiago del Palacio, Ranieri D. Baldi, Yang Huang, Jifeng Liu, Bing Zhang, Aiyuan Yang, Rurong Chen, Yangwei Zhang, Ailing Wang, Lei Yang, Panos Charalampopoulos, David R. A. Williams-Baldwin, Zhu-Heng Yao, Fu-Guo Xie, Defu Bu, Hua Feng, Xinwu Cao, Hongzhou Wu, Wenxiong Li, Erlin Qiao, Giorgos Leloudas, Joseph P Anderson, Xinwen Shu, Dheeraj R. Pasham, Hu Zou, Matt Nicholl, Thomas Wevers, Tomas E. Muller-Bravo, Jing Wang, Jianyan Wei, Yu-Lei Qiu, Weijian Guo, Claudia P. Gutierrez, Mariusz Gromadzki, Cosimo Inserra, Lydia Makrygianni, Francesca Onori, Tanja Petrushevska, Diego Altamirano, Lluis Galbany, Miguel Perez-Torres e Ting-Wan Chen