S301 orbita Sagittarius A* all’8% della luce e misura per la prima volta il suo spin

Qualcosa sta orbitando attorno al buco nero centrale della Via Lattea così velocemente e così vicino che la fisica degli oggetti in rotazione – non solo quelli massicci – diventa finalmente verificabile. S301, identificata da un team dell’Istituto Max Planck per la Fisica Extraterrestre utilizzando il VLTI dell’Osservatorio Europeo Australe (ESO), passa a meno di 1,78 miliardi di chilometri da Sagittarius A* – una distanza paragonabile allo spazio tra il Sole e Saturno. Lo fa a circa 25.000 km/s, ovvero l’8% della velocità della luce. Nessun’altra stella tracciata in questa regione della galassia si è mossa così velocemente o si è avvicinata così tanto.

Ciò che distingue S301 dalle altre stelle veloci vicino al centro galattico non è solo la velocità, ma la conseguenza. A quella prossimità, la relatività generale di Einstein prevede che il buco nero in rotazione trascini con sé lo spaziotempo circostante, un effetto chiamato frame-dragging o effetto Lense-Thirring. Poiché S301 passa così profondamente in questa regione, la sua orbita dovrebbe portare impronte misurabili di quanto velocemente Sagittarius A* sta ruotando. Questo non è mai stato possibile con nessuna stella conosciuta.

«Con questa stella speriamo di misurare, nei prossimi dieci anni, la rotazione del buco nero», ha dichiarato Felix Mang, autore principale dello studio e ricercatore presso l’Istituto Max Planck per la Fisica Extraterrestre. Al momento non esiste alcuna misura diretta della rotazione di Sagittarius A*. S301 potrebbe fornirne una.

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Una diversa classe di stella S

Sagittarius A* è circondato da un ammasso di stelle veloci chiamate stelle S, catalogate nell’arco di tre decenni e utilizzate per mappare l’influenza gravitazionale del buco nero. La più nota, S2, ha fornito la prima prova diretta che Sagittarius A* ha una massa di quattro milioni di masse solari – lavoro che è valso a Reinhard Genzel e Andrea Ghez il Premio Nobel per la Fisica nel 2020. S2 raggiunge circa 7.650 km/s al suo massimo avvicinamento, circa il 2,5% della velocità della luce, su un’orbita di 16 anni.

S301 completa un’orbita intera in 8,7 anni – meno della metà del tempo – e al massimo avvicinamento si muove tre volte più velocemente di S2 al proprio pericentro. Ancora più importante, passa a circa 12 unità astronomiche da Sagittarius A*, circa otto volte più vicina di qualsiasi altra stella S conosciuta in precedenza. A quella distanza, gli effetti relativistici generali non solo esistono, ma si accumulano nell’orbita a un ritmo che gli strumenti di Paranal possono seguire anno dopo anno.

La scoperta è stata fatta utilizzando GRAVITY+, un aggiornamento di nuova generazione dell’originale interferometro GRAVITY all’Osservatorio di Paranal dell’ESO in Cile. GRAVITY+ combina la luce di quattro telescopi da 8,2 metri per raggiungere la risoluzione angolare necessaria a risolvere singole stelle all’interno del denso ammasso stellare oscurato dalla polvere attorno al centro galattico. Tracciando la posizione di S301 in più epoche di osservazione, il team ha ricostruito la sua orbita completa con sufficiente precisione per determinare la distanza del pericentro e la velocità di picco.

Perché lo spin è importante

La massa di Sagittarius A* è nota da anni. Ma la massa è solo una delle due proprietà fondamentali che un buco nero può avere, insieme alla carica elettrica – che ci si aspetta che i buchi neri astrofisici perdano rapidamente in ambienti reali. La proprietà rimanente è lo spin. Secondo la soluzione di Kerr delle equazioni di campo di Einstein, un buco nero rotante possiede momento angolare, e quella rotazione modella la geometria dello spaziotempo attorno a sé in modi che vanno oltre ciò che produce la sola massa.

Quanto velocemente ruota Sagittarius A* e in quale direzione governa la struttura del suo orizzonte degli eventi e le orbite di tutto ciò che gli sta vicino. Le stime attuali da metodi indiretti – la modellazione dell’emissione del disco di accrescimento osservata nell’immagine del 2022 dell’Event Horizon Telescope – suggeriscono che probabilmente ruota a un ritmo moderato, ma le incertezze rimangono abbastanza grandi da coprire gran parte dell’intervallo consentito. Una misura della precessione orbitale di S301 sarebbe la prima determinazione diretta.

L’effetto Lense-Thirring causa la precessione del piano dell’orbita di una stella attorno a un corpo rotante – una lenta rotazione – a un tasso che scala con il parametro di spin del buco nero. Per S301, il team calcola che questa precessione si accumulerà fino a un livello rilevabile nei prossimi anni di osservazione con GRAVITY+.

Cosa i dati non hanno ancora stabilito

Diversi limiti importanti si applicano. L’orbita di S301 – la sua velocità, periodo e distanza del pericentro – è ora ben stabilita. La precessione da frame-dragging non è stata ancora rilevata; è una misura futura che richiederà di osservare la stella per molti altri passaggi attorno a Sagittarius A*.

Il centro galattico è anche ambientalmente rumoroso per gli standard astrofisici. La distribuzione di stelle, gas e materia oscura nella regione genera perturbazioni gravitazionali newtoniane che possono spostare un’orbita in modi che imitano la precessione relativistica. Estrarre il segnale Lense-Thirring richiede la modellazione e la sottrazione di questi contributi, il che aggiunge complessità e incertezza alla misurazione finale.

Infine, la scoperta di S301 è di per sé uno stimolo a cercare più attentamente. L’ammasso stellare interno attorno a Sagittarius A* è pesantemente oscurato dalla polvere, e GRAVITY+ può sondare solo fino a un certo punto. Rimane la possibilità che stelle aggiuntive orbitino ancora più vicine, con firme orbitali che contengono impronte relativistiche più forti o diverse.

Domande comuni su S301 e Sagittarius A*

Come hanno fatto gli scienziati a trovare una stella così vicina al centro galattico? Lo strumento GRAVITY+ del Very Large Telescope Interferometer combina la luce di quattro telescopi da 8 metri per ottenere la risoluzione necessaria a risolvere singole stelle nel denso ammasso attorno a Sagittarius A*. Tracciando minuscoli spostamenti di posizione per diversi anni, il team ha ricostruito l’orbita completa di S301.

Cos’è il frame-dragging e perché è importante? Una massa rotante trascina con sé il tessuto dello spaziotempo – più veloce è la rotazione, più forte è il trascinamento. Vicino a un buco nero rotante, questo altera i percorsi orbitali degli oggetti vicini in un modo che dipende sia dall’entità che dalla direzione della rotazione. Misurarlo dall’orbita di una stella fornisce una lettura diretta del momento angolare del buco nero – qualcosa che nessun altro metodo attuale ha ottenuto per Sagittarius A*.

Come si confronta S301 con altre stelle S vicino a Sgr A*? S2, la stella S più studiata, raggiunge un massimo avvicinamento di circa 100 unità astronomiche in un ciclo di 16 anni. S301 si avvicina otto volte di più, in 8,7 anni, a tre volte la velocità del pericentro. Questa combinazione di prossimità e breve periodo la rende unicamente sensibile al frame-dragging.

Questo cambierà ciò che sappiamo sul buco nero della Via Lattea? Lo spin di Sagittarius A* è attualmente non vincolato da misurazioni dirette. Determinarlo completerebbe la descrizione fisica di base del buco nero centrale della nostra galassia e aprirebbe test della relatività generale in un ambiente rotante a campo forte che le orbite stellari non hanno mai raggiunto prima.

Le osservazioni con GRAVITY+ continueranno attraverso diversi periodi orbitali di S301. Il team prevede che la precessione da frame-dragging raggiungerà livelli rilevabili entro circa un decennio – una tempistica sufficientemente breve che gli stessi strumenti e il team che hanno trovato S301 probabilmente effettueranno la misura dello spin.

Riferimento: Mang et al., “S301: a new S star orbiting close to Sagittarius A*,” Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10894-w

Tag: black holes, Sagittarius A*, ESO, frame-dragging, S301

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