Cosa succede se metti un buco nero dentro il sole?

22 dicembre 2023

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dalla Max Planck Society

In uno scenario ipotetico, piccoli buchi neri primordiali potrebbero essere catturati dalle stelle di nuova formazione. Un team internazionale, guidato da ricercatori presso l'Istituto Max Planck per l'Astrofisica, ha ora modellato l'evoluzione di queste cosiddette 'stelle di Hawking' e ha scoperto che possono avere durate sorprendentemente lunghe, assomigliando in molti aspetti alle normali stelle. Il lavoro è pubblicato su The Astrophysical Journal.

L'asteroseismologia potrebbe aiutare a identificare tali stelle, che a loro volta potrebbero testare l'esistenza dei buchi neri primordiali e il loro ruolo come componente della materia oscura.

Facciamo un esercizio scientifico: se assumiamo che un gran numero di buchi neri molto piccoli sia stato creato subito dopo il Big Bang (i cosiddetti buchi neri primordiali), alcuni di essi potrebbero essere catturati durante la formazione di nuove stelle. Come influirebbe questo sulla stella durante la sua vita?

'Gli scienziati a volte pongono domande folli per imparare di più', afferma Selma de Mink, direttore del dipartimento stellare presso l'Istituto Max Planck per l'Astrofisica (MPA). 'Non sappiamo nemmeno se tali buchi neri primordiali esistano, ma possiamo comunque fare un interessante esperimento mentale'.

I buchi neri primordiali si sarebbero formati nell'universo molto antico con una vasta gamma di masse, da quelle tanto piccole quanto un asteroide a quelle di migliaia di masse solari. Potrebbero costituire un importante componente della materia oscura, oltre a essere i semi dei buchi neri supermassicci al centro delle galassie attuali.

Con una probabilità molto bassa, una stella di nuova formazione potrebbe catturare un buco nero con la massa di un asteroide o di una luna piccola, che occuperebbe poi il centro della stella. Una tale stella viene chiamata 'stella di Hawking', dal nome di Stephen Hawking, che per primo ha proposto questa idea in un articolo negli anni '70.

Il buco nero al centro di una tale stella di Hawking crescerebbe solo lentamente, poiché l'afflusso di gas per alimentare il buco nero viene ostacolato dalla luminosità in uscita. Un team internazionale di scienziati ha ora modellato l'evoluzione di una tale stella con varie masse iniziali per il buco nero e con diversi modelli di accrezione per il centro stellare. Il loro risultato sorprendente: quando la massa del buco nero è piccola, la stella è sostanzialmente indistinguibile da una normale stella.

'Le stelle che ospitano un buco nero al loro centro possono vivere sorprendentemente a lungo', afferma Earl Patrick Bellinger, ricercatore postdoc presso l'MPA e ora professore associato all'Università di Yale, che ha guidato lo studio. 'Il nostro Sole potrebbe persino avere un buco nero con una massa pari a quella del pianeta Mercurio al suo centro senza che ce ne accorgiamo'.

La principale differenza tra una stella di Hawking del genere e una normale stella sarebbe vicino al nucleo, che diventerebbe convettivo a causa dell'accrescimento sul buco nero. Ciò non altererebbe le proprietà della stella alla sua superficie e eluderebbe le attuali capacità di rilevamento. Tuttavia, potrebbe essere rilevabile utilizzando il campo relativamente nuovo dell'asteroseismologia, dove gli astronomi utilizzano oscillazioni acustiche per esplorare l'interno di una stella.

Anche nella loro fase di evoluzione successiva, nella fase di gigante rossa, il buco nero potrebbe portare a firme caratteristiche. Con progetti futuri come PLATO, potrebbero essere scoperti tali oggetti. Tuttavia, sono necessarie ulteriori simulazioni per determinare le implicazioni di inserire un buco nero in stelle di varie masse e metallicità.

Se i buchi neri primordiali si sono effettivamente formati poco dopo il Big Bang, la ricerca di stelle di Hawking potrebbe essere un modo per trovarli.

'Anche se il Sole viene utilizzato come esempio, ci sono buone ragioni per pensare che le stelle di Hawking siano comuni nei brillamenti globulari e nelle galassie nane ultra-fioche', sottolinea il professor Matt Caplan dell'Università di Illinois State, coautore dello studio.

'Ciò significa che le stelle di Hawking potrebbero essere uno strumento per testare sia l'esistenza dei buchi neri primordiali che il loro possibile ruolo come materia oscura'.

Maggiori informazioni:Astrofisical Journal

Fornito da Max Planck Society