La stella M31-2014-DS1 collassa direttamente in un buco nero

M31-2014-DS1 è una stella supergigante massiccia, priva di idrogeno, nella Galassia di Andromeda che si è schiarita nella luce del medio infrarosso nel 2014, per poi affievolirsi drasticamente di oltre 10.000 volte nella luce ottica entro il 2023, diventando impercettibile. Le osservazioni indicano che il suo nucleo è collassato direttamente in un buco nero di massa stellare in un evento di supernova fallita, lasciando un debole bagliore infrarosso dovuto alla polvere e al gas circostanti. Questo "unicorno astronomico" fornisce la prova osservativa più solida finora di una stella che bypassa un'esplosione cataclismica per entrare nel suo stato evolutivo finale.

La scoperta, pubblicata sulla rivista Science il 12 febbraio 2026, è avvenuta per caso durante un ampio studio sulla Galassia di Andromeda. L'autore principale e astrofisico Kishalay De, professore alla Columbia University e ricercatore presso il Flatiron Institute, inizialmente intendeva studiare le stelle sotto la luce infrarossa. Invece, il suo team si è imbattuto in un insolito oggetto stellare che si è illuminato prima di oscurarsi fino alla totale invisibilità, dando il via a un'indagine decennale sulla natura della morte stellare e della formazione dei buchi neri.

Perché questa stella non è esplosa come una supernova formando invece un buco nero?

La stella non è esplosa come una supernova perché la sua onda d'urto guidata dai neutrini era troppo debole per espellere l'involucro esterno, causando il collasso del nucleo verso l'interno sotto l'effetto della gravità. In quanto stella priva di idrogeno con una massa iniziale di circa 13 masse solari, ha subito la cessazione della fusione nucleare, portando a un'implosione diretta in un buco nero senza la tipica esplosione di supernova. Questo fenomeno è spesso definito dagli astronomi come una "supernova fallita".

I modelli standard di evoluzione stellare suggeriscono che le stelle massicce dovrebbero terminare la loro vita in una folgorante esplosione nota come supernova, che disperde elementi pesanti nel cosmo. Tuttavia, nel caso di M31-2014-DS1, la pressione interna generata dal nucleo era insufficiente per superare l'immensa attrazione gravitazionale della sua stessa massa. Piuttosto che una violenta esplosione verso l'esterno, gli strati della stella sono stati essenzialmente inghiottiti dalla singolarità in formazione, un processo che mette in discussione il nostro attuale censimento di quanti buchi neri esistano nell'universo locale.

Secondo De, la stella ha esibito quello che descrive come un "ultimo respiro" prima della sua scomparsa. Mentre la stella si avvicinava alla fine, ha espulso i suoi strati esterni, creando un temporaneo aumento di luminosità nello spettro infrarosso. Questa firma specifica — un aumento di luminosità nell'infrarosso seguito da un oscuramento ottico totale — serve ora come guida per identificare altre stelle soggette a collasso diretto in un buco nero senza i tradizionali fuochi d'artificio di una supernova.

In che modo i ricercatori hanno confermato la scomparsa di M31-2014-DS1?

I ricercatori hanno utilizzato i dati d'archivio a lungo termine della missione NEOWISE della NASA e del Telescopio Spaziale Hubble per tracciare l'improvvisa transizione della stella da supergigante visibile a oggetto scomparso. Analizzando un decennio di registrazioni infrarosse e ottiche, sono stati in grado di escludere teorie alternative come l'oscuramento stellare dovuto a nubi di polvere in movimento. I dati hanno mostrato una perdita permanente di luminosità su più lunghezze d'onda, confermando un collasso strutturale totale.

Lo studio ha sfruttato la vicinanza della Galassia di Andromeda, situata a circa 2,5 milioni di anni luce dalla Terra. Poiché la galassia è la nostra vicina più prossima, le osservazioni sono state significativamente più luminose e facili da esaminare rispetto ai precedenti candidati di supernove fallite. Questa vicinanza ha permesso al team di ricostruire una storia completa della stella, che Daniel Holz, astrofisico dell'Università di Chicago, ha paragonato al ritrovamento di "foto d'infanzia" di un evento cosmico dopo il fatto.

• NASA NEOWISE: Ha fornito dati critici nel medio infrarosso che mostrano le firme termiche finali della stella.
• Hubble Space Telescope: Ha confermato l'assenza della stella nella luce visibile dopo il 2023.
• Osservatori a terra: Hanno monitorato la Galassia di Andromeda per cambiamenti improvvisi nelle popolazioni stellari.

La metodologia si è concentrata sull'aumento di luminosità infrarossa associata alla perdita dell'involucro della stella. Cercando queste firme "fallite" invece dei brillanti lampi delle supernove tradizionali, il team ha scoperto di poter identificare formazioni di buchi neri che altrimenti passerebbero inosservate. Questo cambiamento di metodologia suggerisce che molti buchi neri potrebbero nascondersi in bella vista, essendosi formati silenziosamente nel corso della storia della galassia.

Le osservazioni del JWST confermeranno la formazione del buco nero?

Le osservazioni del JWST non sono state confermate ufficialmente come parte dei risultati pubblicati, sebbene gli strumenti a infrarossi ad alta sensibilità del telescopio siano ideali per rilevare qualsiasi bagliore termico residuo. Mentre le prove attuali del NEOWISE e di Hubble forniscono un forte supporto indiretto per un buco nero, la conferma diretta attraverso il rilevamento di un disco di accrescimento o del calore residuo del gas circostante rimane un obiettivo per studi futuri. Il Telescopio Spaziale James Webb potrebbe fornire la prova definitiva necessaria per chiudere il caso.

Il ruolo del Telescopio Spaziale James Webb (JWST) in questo campo è trasformativo, poiché la sua capacità di scrutare attraverso la polvere cosmica permette agli scienziati di vedere ciò che i telescopi ottici non possono. Per M31-2014-DS1, il JWST potrebbe potenzialmente rilevare le "braci morenti" della stella: il debole calore irradiato dal gas e dalla polvere che non sono caduti nell'orizzonte degli eventi. Trovare questa specifica firma infrarossa fornirebbe uno sguardo senza precedenti sulle conseguenze immediate di un evento di collasso diretto.

Nonostante la mancanza di dati attuali del JWST nel rapporto iniziale, la comunità scientifica rimane ottimista. La natura fortuita della scoperta significa che le coordinate di M31-2014-DS1 sono ora obiettivi ad alta priorità per l'imaging dello spazio profondo. Confermare l'esistenza di un buco nero silenzioso di massa stellare dove un tempo si trovava una stella massiccia validerebbe decenni di fisica teorica riguardante i limiti di massa della stabilità stellare.

Quali sono le implicazioni più ampie per l'evoluzione dei buchi neri?

Questa scoperta suggerisce che il panorama delle stelle capaci di trasformarsi in buchi neri è molto più ampio di quanto precedentemente previsto dalla comunità scientifica. Si è scoperto che M31-2014-DS1 aveva una massa di circa cinque volte quella del Sole al momento della sua morte — circa la metà della dimensione che i modelli attuali si aspettano nominalmente per un candidato al collasso diretto. Questa scoperta implica che anche stelle più piccole e meno massicce potrebbero bypassare la fase di supernova.

Le implicazioni per i modelli di evoluzione stellare sono significative. Se una percentuale maggiore di stelle collassa direttamente in buchi neri, ciò spiega il problema della "supernova mancante", in cui gli astronomi osservano meno esplosioni di quante suggerirebbe il numero di stelle massicce che scompaiono dalla vista. Significa anche che la popolazione totale di buchi neri in galassie come la Via Lattea e Andromeda potrebbe essere significativamente più alta di quanto stimato in precedenza.

La ricerca futura si concentrerà ora sull'identificazione di un maggior numero di questi "unicorni astronomici" nelle galassie vicine. Monitorando lo spettro infrarosso alla ricerca di improvvisi bagliori seguiti da un oscuramento permanente, gli astrofisici sperano di costruire un censimento più accurato degli oggetti più misteriosi dell'universo. Come ha osservato Kishalay De, questa ricerca "ci indica un metodo completamente nuovo per identificare la scomparsa delle stelle", garantendo che la nascita silenziosa di un buco nero non passi più inosservata.