LB-1: la linea Hα che mise in dubbio l’ipotesi di un buco nero da 68 masse solari

Il sistema LB-1 è diventato un caso di rilievo nel dibattito su come identificare e misurare un buco nero che accompagna una stella. La disputa non riguardava soltanto un numero: dipendeva dall’interpretazione del movimento di una riga spettrale e da quale oggetto del sistema binario fosse tracciato attraverso quel segnale. Gli articoli disponibili descrivono tre fasi della discussione: la stima iniziale, una critica alla sua interpretazione e la risposta degli autori originali.

La proposta iniziale: un compagno oscuro molto massiccio

Nell’articolo originale, pubblicato su Nature il 27 novembre 2019, Jifeng Liu e i suoi collaboratori riportarono misurazioni della velocità radiale della stella LB-1 effettuate nell’arco di due anni. La velocità radiale indica il movimento di un oggetto verso l’osservatore o in direzione opposta, dedotto dallo spostamento delle sue righe spettrali. LB-1 fu descritta come una stella galattica di tipo B appartenente a un sistema binario: due oggetti legati gravitazionalmente che orbitano attorno a un centro di massa comune.

Il gruppo interpretò congiuntamente il movimento della stella visibile e quello di una riga di emissione dell’idrogeno nota come Hα. Secondo la loro analisi, questi segnali richiedevano un compagno oscuro con una massa stimata di 68 masse solari, con un’incertezza indicata di −13 e +11 masse solari. Gli autori conclusero che l’oggetto poteva essere soltanto un buco nero. Descrissero inoltre il sistema come una binaria ampia, con un periodo orbitale di 78,9 giorni.

La proposta aveva implicazioni per la formazione dei buchi neri di origine stellare. L’articolo iniziale osservava che gli esperimenti sulle onde gravitazionali avevano rilevato buchi neri di massa simile, ma che formare un oggetto così massiccio in un ambiente ad alta metallicità — cioè con un’abbondanza relativamente elevata di elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio — risultava molto difficile nell’ambito delle teorie di evoluzione stellare considerate dagli autori. Questa difficoltà rendeva rilevante l’interpretazione di LB-1, ma non determinava di per sé la massa del suo compagno.

La riga Hα al centro del disaccordo

Una critica successiva fu pubblicata su Nature il 29 aprile 2020. Michael Abdul-Masih e i suoi collaboratori sostennero che gli spostamenti apparenti della riga Hα, usati per stimare la massa, non seguissero il movimento del buco nero. Secondo la loro interpretazione, erano dovuti al movimento orbitale della stella compagna di tipo B. Sulla base di questa lettura, argomentarono che i dati non mostrassero indizi di un buco nero massiccio e che venisse meno la tensione con i modelli di formazione a metallicità galattica.

La differenza tra le due posizioni è importante per capire che cosa veniva misurato. L’osservazione spettroscopica registra variazioni della luce; stabilire quale componente le produca richiede di interpretare il profilo e lo spostamento delle righe. Se il segnale Hα viene attribuito all’uno o all’altro oggetto, cambia l’interpretazione del rapporto tra il movimento della stella visibile e quello del suo compagno oscuro. Perciò la discussione non consisteva semplicemente nello scegliere tra due numeri: comportava una revisione del legame tra il segnale spettrale e l’orbita degli oggetti.

La risposta mantiene un ampio intervallo

Lo stesso 29 aprile 2020, Liu e i suoi collaboratori pubblicarono su Nature una risposta alla critica. Spiegarono di aver riesaminato le argomentazioni iniziali alla luce di osservazioni spettroscopiche più recenti e di analisi aggiuntive. Conclusero che i dati continuavano a favorire una massa molto elevata per il buco nero: tra 23 e 65 masse solari. Per la stella donatrice, la risposta indicava come più probabile un intervallo di massa compreso tra 5 e 8 masse solari.

La risposta non presentava questo intervallo come l’unica soluzione possibile. Gli autori riconoscevano che potevano esistere soluzioni con masse inferiori, pur considerandole meno probabili. Indicavano inoltre una condizione concreta per dirimere la questione tra le diverse soluzioni: sarebbero serviti ulteriori dati astrometrici di Gaia, la missione spaziale dell’Agenzia spaziale europea che misura la posizione e il movimento delle stelle. Nel testo, questi dati sono presentati come un’esigenza futura per distinguere definitivamente le alternative, non come una conferma già ottenuta.

Che cosa stabiliscono gli studi citati

Le tre pubblicazioni offrono una ricostruzione circoscritta di una controversia scientifica. L’articolo del 2019 riportava una stima di 68 masse solari, basata su due anni di misurazioni delle velocità radiali e sull’interpretazione congiunta della stella B e di Hα. La critica del 2020 proponeva che il movimento apparente di Hα corrispondesse a quello della stella visibile. La risposta degli autori originali continuava a indicare come favorita una fascia di 23–65 masse solari, ammetteva alternative meno massicce e spiegava che ulteriori dati astrometrici di Gaia avrebbero aiutato a distinguere le possibilità.

Il risultato descrivibile sulla base di questi studi non è quindi un numero isolato, ma una sequenza di misurazione, interpretazione e revisione. Il disaccordo documentato riguarda l’origine del movimento apparente di Hα e le masse dedotte da quella lettura. La risposta mantiene come favorita dai suoi autori una soluzione con massa molto elevata, ma esplicita che esistono altre soluzioni e che la distinzione definitiva dipende da nuove osservazioni astrometriche. Questa precisazione permette di raccontare il caso senza trasformare un’interpretazione contestata in una conclusione condivisa da tutti i gruppi.