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Nel cuore della nostra galassia c'è una stella che corre come nessun'altra mai osservata prima. Si chiama S301, ed è stata individuata da un team internazionale di astronomi grazie al VLTI, il Very Large Telescope Interferometer dell'ESO, l'Osservatorio Europeo Australe.
Orbita attorno a Sagittarius A*, il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea, a una velocità che sfiora i 25.000 km al secondo, ovvero oltre l'8% della velocità della luce.
Un record assoluto per una stella della nostra galassia. Non è solo la velocità a renderla straordinaria. S301 è anche la stella che si è mai avvicinata di più a un buco nero: al suo punto di massimo avvicinamento passa a soli 1,78 miliardi di chilometri da Sagittarius A*, una distanza pari a circa 12 volte quella tra Terra e Sole, appena un quinto in più di quella che separa Saturno dal Sole.
È così vicina da percepire gli effetti della rotazione stessa del buco nero — un traguardo che apre una finestra del tutto nuova sulla fisica dello spaziotempo in condizioni estreme.
«Decenni di attento monitoraggio delle stelle in orbita attorno a Sagittarius A* hanno portato a questa scoperta rivoluzionaria di una stella carica di promesse», ha commentato il premio Nobel Reinhard Genzel, direttore del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) di Garching, in Germania, e membro fondatore della collaborazione scientifica.
Questa immagine a campo largo nella luce visibile mostra le ricche nubi stellari della costellazione del Sagittario (l'Arciere) in direzione del centro della nostra galassia, la Via Lattea. L'intera immagine è piena di un gran numero di stelle, ma molte altre rimangono nascoste dietro nubi di polvere e sono visibili solo nelle immagini a infrarossi. © ESO e Digitized Sky Survey 2
Un'orbita strettissima
S301 completa un giro completo attorno al buco nero in appena 8,7 anni, un'orbita talmente stretta da non avere precedenti.
«È una cosa mai vista», ha spiegato Felix Mang, dottorando all'MPE e primo autore dello studio pubblicato su Nature. Secondo i ricercatori la stella sarebbe circa il 50% più massiccia e cinque volte più luminosa del Sole, pur apparendoci incredibilmente debole: due miliardi di volte più fioca di Betelgeuse, la nota stella arancione della costellazione di Orione. Individuarla, insomma, non è stata affatto un'impresa semplice.
Proprio la sua vicinanza estrema al buco nero rende S301 un caso più unico che raro: per la prima volta gli scienziati potrebbero riuscire a misurare direttamente la rotazione di un buco nero massiccio. Secondo la relatività generale di Einstein, un buco nero che ruota trascina con sé lo spaziotempo circostante, deformandolo e influenzando le orbite degli oggetti vicini: un effetto tanto più marcato quanto più ci si avvicina al buco nero stesso.
«Con questa stella speriamo di misurare, entro i prossimi dieci anni, la rotazione del buco nero», ha dichiarato Mang.
Stefan Gillessen, altro ricercatore chiave dello studio, ha aggiunto: «Per la prima volta saremmo in grado di misurare direttamente la rotazione di un buco nero massiccio, un test fondamentale per la teoria di Einstein». E Juan Osorno, astronomo del LIRA Observatoire de Paris–PSL, ha sottolineato quanto sia preziosa questa occasione: senza S301, sarebbero servite decine di anni di osservazioni su altre stelle per avvicinarsi anche solo lontanamente a un risultato simile.
Una storia nata da una tragedia cosmica
Il team ha individuato per la prima volta S301 nella primavera del 2023 grazie allo strumento GRAVITY, oggi aggiornato in GRAVITY+, montato sul VLTI dell'Osservatorio di Paranal, in Cile — l'unico luogo al mondo dove quattro telescopi da 8 metri possono lavorare insieme come un unico telescopio "virtuale", con una risoluzione 15 volte superiore a quella di un singolo strumento. Da allora gli astronomi hanno seguito la stella per ricostruirne l'orbita, risalendo indietro nel tempo grazie a osservazioni d'archivio fino al 2021 e al 2017.
Questo lavoro ha permesso di ipotizzare un'origine drammatica per S301: la sua orbita fortemente allungata suggerisce che un tempo facesse parte di un sistema binario, capitato troppo vicino a Sagittarius A*. Le forze mareali del buco nero avrebbero fatto letteralmente a pezzi la coppia di stelle, catturando S301 nella sua orbita e scagliando invece la compagna a velocità tali da poterla espellere fuori dalla stessa Via Lattea.
Il prossimo appuntamento è nel 2031
La caccia non finisce qui. Le osservazioni di GRAVITY+ e, in futuro, dello strumento MICADO installato sull'ELT (Extremely Large Telescope) dell'ESO, saranno fondamentali per seguire la traiettoria di S301 nel prossimo decennio, in vista del suo prossimo passaggio ravvicinato al buco nero, atteso nel 2031. Osservare almeno due orbite complete permetterà di definire la traiettoria della stella con una precisione tale da consentire finalmente di misurare, per la prima volta in modo diretto, la rotazione di Sagittarius A*.
Fotogallery La storia delle immagini dei buchi neri
