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Astri & particelle

di Roberto BattistonProfessore ordinario di fisica sperimentale all’Università di Perugia

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S iamo abituati a pensare a un universo formato di ga-lassie, isole di stelle e pianeti tenuti assieme dalla pa-ziente ma implacabile forza gravitazionale di aloni di materia oscura, con al centro buchi neri che si nutro-no delle stelle che hanno la sfortuna di gravitargli vi-

cino. Isole luminose circondate da enormi spazi vuoti, contenen-ti solo gas residui, campi magnetici, raggi cosmici, mediamente tre protoni per metro cubo.

Mediamente. Perché in realtà ogni tanto questi spazi vuoti sono percorsi da corpi celesti, pianeti, stelle, addirittura buchi neri, che si avventurano in lunghissimi viaggi sen-za ritorno e dalla destinazione incerta, la-sciandosi alle spalle la galassia madre per cercare e forse raggiungerne un’altra.

Andiamo per ordine. Una galassia tipi-camente è composta da centinaia di mi-liardi di stelle, da una miriade di pianeti, da innumerevoli asteroidi per non parla-re delle polveri e dei gas interstellari e di qualche buco nero formatosi nel corso di grandi esplosioni stellari.

Recentemente i dati del telescopio Hubble hanno permesso di identificare una dozzina di stelle iperveloci espulse dalla nostra galassia da complesse intera-zioni gravitazionali collegabili al gigan-tesco buco nero centrale.

Uno dei casi più interessanti è la stella HE 0437-5439, osservata 200.000 anni luce sopra il disco galattico (il raggio del-la nostra galassia è di circa 100.000 anni luce). La stella si sta allontanando dalla galassia a una velocità di 2,5 milioni di chilometri all’ora, due volte quella che serve per liberarsi dall’ attrazione gravi-tazionale della Via Lattea, tre volte quella con cui il Sole si muove all’interno del piano galattico.

Osservata per la prima volta nel 2005, in cinque anni la stella si è spostata di soli 4 centesimi di un pixel del piano focale, un ef-fetto piccolissimo, che solo Hubble può misurare nelle ideali con-dizioni di osservazione dallo spazio. Si calcola che la stella abbia lasciato la nostra galassia 100 milioni di anni fa, un dato incompa-tibile con le sue caratteristiche luminose, che le danno una vita di appena 20 milioni di anni.

Per spiegare queste stranezze è stato sviluppato un complesso modello che chiama in causa un sistema stellare triplo che, avvi-cinatosi troppo al buco nero centrale, ha perso una delle tre stelle

compagne ottenendo però in cambio una spinta gravitazionale che ne ha scaraventate due fuori della galassia: dopo un certo periodo di tempo le due stelle rimaste si sono fuse generando la stella at-tuale che risulta quindi molto più giovane delle stelle originarie.

Si calcola che solo una stella su 100 milioni riesca ad andarse-ne dalla nostra galassia e che ciò accada in media una volta ogni 100.000 anni. Ma questo ping pong stellare è poca cosa rispetto alla recente osservazione di Chandra, potente telescopio a raggi X, di un buco nero, CID-42, che sta uscendo a tutta velocità dalla sua galassia ospite.

In questo caso il meccanismo è diverso: nel corso di uno scon-tro tra galassie i rispettivi buchi neri possono interagire e fonder-si. Se i buchi neri hanno un significativo momento angolare, la soluzione numerica delle equazioni di Einstein in condizioni di campo forte mostra come ci sia una parte sostanziale della massa dei buchi neri, fino al 10 per cento, che viene trasformata in onde gravitazionali emesse in una direzione ben determinata. Il buco nero risultante viene quindi accelerato da una potente propulsio-ne gravitazionale nella direzione opposta, lasciandosi dietro due povere galassie in stato confusionale, senza neppure un buco nero attorno a cui gravitare.

Fuga dalla galassia madreA volte i corpi celesti si avventurano in lunghi viaggi nello spazio intergalattico

Stelle fuggitive. Solo una stella su 100 milioni riesce ad allontanarsi dalla nostra galassia. Sopra, la regione interna della Via Lattea vista agli infrarossi dal telescopio Spitzer.