Formazione di un buco nero da una stella scomparsa nella galassia di Andromeda

AUTORE: Avi Loeb – 31 Gennaio 2026 – Vai all’articolo originale LINK

Immagine composita RGB del JWST/MIRI della stella in scomparsa M31–2014-DS1 (con i canali colore indicati nell’etichetta). La scala spaziale (10 secondi d’arco = 37,8 parsec = 123,3 anni luce) e l’orientamento Nord-Est dell’immagine sono mostrati, e la posizione della sorgente è indicata con un mirino bianco. (Credito immagine: Kishalay De et al. 2026)

Un nuovo articolo guidato da Kishalay De (accessibile qui), di cui ho avuto il privilegio di essere coautore, riporta la scoperta di una stella scomparsa che probabilmente è collassata in un buco nero. La stella, etichettata M31–2014-DS1, si è affievolita fino a scomparire nell’oscurità nella galassia di Andromeda, la compagna della nostra galassia della Via Lattea, a una distanza di circa 2,5 milioni di anni luce.

Le stelle sono reattori a fusione nucleare, legati dalla gravità. Sono alimentate da gas caldo, ma una volta che il combustibile è consumato, la gravità supera la pressione e collassano in un residuo. Il Sole terminerà la sua vita tra 7,6 miliardi di anni, quando il suo nucleo si ridurrà a una nana bianca, un freddo residuo metallico delle dimensioni della Terra. Questa non è una speculazione teorica ma una sobria constatazione, poiché il cimitero della galassia della Via Lattea contiene miliardi di cadaveri di stelle simili al Sole che si sono formate molto prima del Sole e che ormai sono morte. Osserviamo molti di questi resti di nane bianche perché il Sole si è formato relativamente di recente, nell’ultimo terzo della storia cosmica.

Le stelle più massicce del Sole di un fattore superiore a 8 terminano la loro vita più rapidamente collassando in una stella di neutroni – un residuo delle dimensioni di una città (~12 chilometri) con la densità di un nucleo atomico, o in un buco nero – la prigione definitiva da cui nemmeno la luce può sfuggire. Proprio come a Las Vegas, qualunque cosa accada all’interno di un buco nero, ci rimane. Mentre la nascita di una stella di neutroni è spesso accompagnata da una brillante esplosione di supernova, il collasso di una stella massiccia in un buco nero potrebbe essere molto meno drammatico, simile alla morte silenziosa degli anziani durante il sonno. Alcune nascite di buchi neri danno origine a lampi gamma, osservabili fino ai confini del nostro orizzonte cosmico.

Il collasso di una stella in un buco nero la fa scomparire improvvisamente. Sebbene ci aspettiamo una vasta popolazione di resti di buchi neri solo nella Via Lattea, l’improvvisa scomparsa di stelle massicce è difficile da osservare in tempo reale perché richiede il monitoraggio di molte stelle per un lungo periodo. Questo è comprensibile dalla mia esperienza da bambino. Crescendo in una fattoria, raccoglievo le uova da 2.000 galline ogni giorno, ma non ho mai visto una gallina deporre un uovo perché il processo è molto breve.Sorprendentemente, la stella M31–2014-DS1 nella galassia di Andromeda è stata osservata scomparire tra il 2014 e il 2022, con proprietà coerenti con la mancata esplosione di un progenitore di supergigante gialla con una massa iniziale di circa 12 masse solari. Il collasso ha probabilmente portato alla formazione di un buco nero con una massa di circa 5 masse solari, mentre la massa rimanente è stata espulsa in un flusso.

Il nostro articolo presenta osservazioni infrarosse del resto stellare dal Telescopio Webb e osservazioni a raggi X dall’Osservatorio a raggi X Chandra nel 2024. I dati di Webb rivelano una sorgente estremamente rossa, con una forte assorbimento spostato verso il blu da gas molecolare (CO, CO2, H2O e SO2) e polvere. La modellizzazione della polvere conferma il continuo sbiadimento della sorgente centrale fino a circa il 7% della luminosità della stella progenitrice, circondata da un guscio di polvere su una scala paragonabile al sistema planetario attorno al Sole. Il gas molecolare include circa un decimo di massa solare di gas in espansione a cento chilometri al secondo vicino al bordo interno del guscio di polvere. Non viene rilevata alcuna sorgente di raggi X.

L’evoluzione della luminosità spettrale di M31–2014-DS1. I cerchi vuoti mostrano la stella progenitrice, come misurata dai dati del 2005-2012, con la linea tratteggiata che rappresenta il modello di adattamento migliore. I cerchi pieni mostrano la sorgente in fading dal 2022 al 2023, insieme al suo modello rappresentato da linee a tratti e punti. I dati del telescopio Webb dai suoi strumenti NIRSpec, MIRI LRS e MIRI nel dicembre 2024 sono mostrati come linee colorate, insieme al suo modello di adattamento migliore come linea nera. (Credito immagine: Kishalay De et al. 2026)

I dati sono coerenti con un modello teorico in cui l’inviluppo di idrogeno della stella progenitrice è stato espulso mentre il nucleo collassava in un buco nero. Il buco nero centrale sta attualmente accumulando solo una piccola quantità di materiale di ricaduta debolmente legato, circa lo 0,1% della massa originale dell’inviluppo, e produce una debole radiazione. L’analisi si adatta bene allo sbiadimento della stella M31–2014-DS1 e fornisce le prime informazioni sulla formazione di buchi neri attraverso esplosioni a bassa energia e il lungo ritorno di materiale da stelle massicce.

Un modello schematico dell’eiezione di massa e del ricadimento verso il buco nero residuo dalla stella scomparsa M31–2014-DS1. L’illustrazione mostra le proprietà inferite del guscio di gas e polvere che circonda il resto, probabilmente risultante dall’espulsione dell’inviluppo della stella progenitrice. Le frecce nere mostrano la direzione di moto inferita per le diverse componenti. (Credito immagine: Kishalay De et al. 2026)

M31–2014-DS1 è una stella che non è esplosa in una supernova a causa della sua forte gravità. Il buco nero residuo è avvolto in un guscio di polvere opaco ed è diventato progressivamente più rosso dal 2022.

L’involucro circostante di gas molecolare probabilmente ha avuto origine dall’inviluppo ricco di idrogeno della stella progenitrice. Il suo moto verso l’esterno è coerente con l’espansione degli ejecta prodotti dall’eruzione che ha avvolto il resto. La sorgente continua a svanire drammaticamente con un buco nero residuo alimentato da ricaduta di materia con una bassa efficienza radiativa, ~0,5%, per convertire la massa a riposo in radiazione.

La vita delle stelle massicce assomiglia all’esperienza delle star di Hollywood: brillano intensamente per un breve periodo e poi svaniscono nel buio in silenzio.