La stella binaria è in contatto con la chiave dei buchi neri in Ligo e Virgo?

Per molto tempo, le osservazioni nella Via Lattea hanno dimostrato che la maggior parte delle stelle forma in effetti uno o più grandi sistemi binari. C’è motivo di credere che il nostro Sole stesso facesse parte di un doppio sistema debolmente gravitazionale come gli altri osservati oggi. Aurait donc un frère jumeau, ou une sœur jumelle, quelque part dans la Voie lactée en plus d’autres frères et sœurs dispersés depuis des milliards d’années, a fois dispersé également l’amas ouvert de centaines d’étoiles où ces astres nacquero.

Alcune stelle doppie, sebbene legate gravitazionalmente, sono abbastanza distanti da formare binarie ottiche. Ma altri sono letteralmente in contatto, traboccanti di un po’ di quello che viene chiamato il loro lobo di Roche, dal nome del matematico e astronomo francese Édouard Roche, anche il creatore del famoso film Limite di scarafaggio Il che esprime il fatto che esiste una distanza finita per avvicinarsi a un piccolo corpo celeste vicino a un corpo più grande.

L’evoluzione stellare può far sì che la stella più massiccia in un sistema binario inizi a gonfiarsi fino a traboccare con un cosiddetto lobo di Roche che è rappresentato nei diagrammi sottostanti. Pertanto, le forze di marea della sua stella compagna attireranno la materia da quella stella attraverso l’accrescimento. Se la stella compagna fosse una stella di neutroni o un buco nero, avremmo una sorgente di raggi X.

Quando una stella supera le 8-10 masse solari, terminerà la sua vita esplodendo in una supernova, ma prima perderà la sua massa a seguito di un’instabilità che porta alla sua espulsione sotto forma di venti stellari. L’esplosione stessa le farebbe perdere massa e in alcuni casi avremmo semplicemente una stella di neutroni, non abbastanza massiccia da diventare essa stessa un buco nero, e tutto questo nel giro di pochi milioni di anni.

Due astrofisici hanno studiato il caso di una delle più massicce stelle doppie a contatto conosciute. Si trova nella Piccola Nube di Magellano e si chiama SSN7. Fa parte di un giovane ammasso aperto di stelle NGC346 e non va confuso con un’altra stella binaria in contatto, la più massiccia conosciuta nella Grande Nube di Magellano.

Mathieu Rickard e Daniel Pauli hanno considerato il caso di SSN7 perché sembra particolarmente adatto a comprendere l’evoluzione e il destino di questo tipo di binario ed è vicino alla nostra galassia e quindi facile da studiare. Per la cronaca, la Piccola Nube di Magellano dista solo circa 210.000 anni luce dalla Via Lattea. Questo tipo di stella doppia è spesso la progenitrice dei buchi neri binari che sono le sorgenti delle onde gravitazionali osservate con Ligo e Virgo in galassie lontane. SSN7 dovrebbe quindi aiutare a caratterizzare gli ammassi stellari all’origine di queste fonti.

Un buco nero binario in meno di 4 milioni di anni

Nell’articolo che hanno pubblicato in Astronomia e astrofisica di cui è visibile la versione open access arXivI due astrofisici hanno spiegato che SSN7 è costituito da una stella che ha circa 32 volte la massa del Sole e sta attualmente perdendo la massa della sua compagna, che ha circa 55 volte la massa del nostro Sole. In questo momento, completano la loro orbita in circa tre giorni. Il primo si trasformerà in un buco nero entro 700.000 anni, esplodendo come una supernova o per collasso gravitazionale diretto.

Dopo circa 3 milioni di anni, l’evoluzione del sistema sarà tale che il buco nero a sua volta farà a pezzi la massa della stella rimanente, vendicandosi in qualche modo e facendola soccombere allo stesso destino circa 200.000 anni dopo. Quindi otterremo un buco nero binario supermassiccio che può raggiungere, nonostante le perdite di massa, le proprietà dei sistemi binari che hanno stupito gli astrofisici quando sono stati scoperti con Ligo e Virgo.

Tuttavia, nel caso di SSN7, la modellazione effettuata indica che l’emissione di onde gravitazionali dalle due stelle interconnesse le farà collidere con perdite di energia in circa 18 miliardi di anni, e queste perdite ridurranno più rapidamente il periodo orbitale e quindi la distanza tra futuri buchi neri. L’inizio di questo processo dovrebbe avvenire quando il periodo orbitale tra i buchi neri appena formati sarà di due giorni rispetto agli attuali tre giorni.