Al centro della Via Lattea un enorme buco nero fa muovere in modo inusuale gli astri attorno a sé.
Ci sono voluti 27 anni ma alla fine è stato possibile ricostruire l’orbita di una stella che si trova vicinissima al buco nero al centro della nostra galassia, Sagittario A*, un mostro che ha una massa di quattro milioni quella del Sole, a 26 000 anni luce da noi.
Ed è emerso che la stella, chiamata S2, compie un’orbita molto particolare, proprio a causa dell’immensa forza di gravità a cui è sottoposta: Il punto di massimo avvicinamento al buco nero, chiamato periastro e a meno di 20 miliardi di chilometri (centoventi volte la distanza tra il Sole e la Terra), non è fisso ma si sposta ad ogni passaggio, ruotando attorno al buco nero. Questo movimento si chiama moto di precessione.
“La relatività generale di Einstein prevede che l’orbita di un oggetto legato gravitazionalmente a un altro non sia chiusa, come nella gravità newtoniana, ma preceda rispetto al piano del moto. Questo famoso effetto – osservato per la prima volta nell’orbita del pianeta Mercurio intorno al Sole – fu la prima prova a favore della Relatività Generale. Cento anni dopo abbiamo rilevato lo stesso effetto nel moto di una stella in orbita intorno alla sorgente radio compatta Sagittario A* al centro della Via Lattea. Questa svolta osservativa corrobora l’evidenza che Sagittario A* sia un buco nero supermassiccio di massa pari a 4 milioni di volte la massa del Sole”, afferma Reinhard Genzel, direttore del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) di Garching, Germania e architetto del programma trentennale che ha portato a questo risultato.
La relatività generale prevede con esattezza di quanto cambi l’orbita e le ultime misure di questa ricerca corrispondono esattamente alla teoria. Questo effetto, noto come precessione di Schwarzschild, non era mai stato misurato prima per una stella intorno a un buco nero supermassiccio.
“Dopo aver seguito la stella nella sua orbita per quasi tre decenni, le nostre misure molto precise rilevano in modo efficace la precessione di Schwarzschild di S2 nel suo percorso intorno a Sagittario A*”, afferma Stefan Gillessen dell’MPE, che ha guidato l’analisi delle misure pubblicate oggi dalla rivista Astronomy & Astrophysics.
“Poiché le misure di S2 seguono così bene la relatività generale, possiamo fissare limiti rigorosi su quanto materiale non visibile, come della materia oscura diffusa oppure buchi neri più piccoli, sia presente intorno a Sagittario A*. Tutto ciò è di grande interesse per capire la formazione e l’evoluzione dei buchi neri supermassicci”, affermano Guy Perrin e Karine Perraut, i principali scienziati francesi nel progetto.
Questo risultato è il culmine di 27 anni di osservazioni della stella S2 utilizzando, per la maggior parte di questo tempo, una compagine di strumenti installati sul VLT dell’ESO, situato nel deserto di Atacama in Cile. Il numero di dati che individuano la posizione e la velocità della stella attesta la completezza e l’accuratezza della nuova ricerca: l’equipe ha effettuato oltre 330 misure in totale, utilizzando gli strumenti GRAVITY, SINFONI e NACO. Poiché S2 impiega alcuni anni per compiere la propria orbita intorno al buco nero supermassiccio, è stato fondamentale seguire la stella per quasi tre decenni, al fine di svelare le complessità del moto orbitale.
La ricerca è stata condotta da un’equipe internazionale guidata da Frank Eisenhauer dell’MPE – con collaboratori provenienti da Francia, Portogallo, Germania ed ESO – chiamata collaborazione GRAVITY, che prende il nome dallo strumento sviluppato per l’interferometro del VLT, che combina la luce di tutti e quattro i telescopi da 8 metri del VLT in un super-telescopio (con una risoluzione equivalente a quella di un telescopio di 130 metri di diametro).
La stessa squadra ha pubblicato nel 2018 un altro effetto previsto dalla relatività generale: hanno osservato che la lunghezza d’onda della luce di S2 veniva allungata quando la stella passava vicino a Sagittario A*. “Il nostro risultato precedente ha dimostrato che la luce emessa dalla stella obbedisce alla relatività generale. Ora abbiamo dimostrato che la stella stessa è soggetta agli effetti della relatività generale”, afferma Paulo Garcia, ricercatore presso il Centro portoghese di astrofisica e gravitazione e uno dei principali scienziati del progetto GRAVITY.
Con il futuro ELT (Extremely Large Telescope) dell’ESO, l’equipe ritiene di essere in grado di vedere stelle molto più deboli in orbite ancora più vicine al buco nero supermassiccio. “Se siamo fortunati, potremmo catturare stelle abbastanza vicine da risentire addirittura della rotazione del buco nero”, commenta Andreas Eckart dell’Università di Colonia, un altro dei principali scienziati del progetto.
