Decennia lang geloofden wetenschappers dat een superzwaar zwart gat, Sagittarius A, zich in het hart van de Melkweg bevond en verantwoordelijk was voor de snelle banen van nabijgelegen sterren. Nieuw onderzoek suggereert echter een alternatief: een superdichte kern bestaande uit fermionische donkere materie * zou dezelfde waargenomen sterrenbewegingen kunnen verklaren, wat mogelijk ons begrip van galactische centra zou kunnen hervormen.
Het alternatief voor zwarte gaten
De studie, geleid door Dr. Valentina Crespi van het Instituut voor Astrofysica La Plata, stelt voor dat in plaats van een zwart gat, een unieke kosmische structuur gevormd door zelfzwaartekracht van fermionische donkere materie de zwaartekrachteffecten zou kunnen nabootsen die in het centrum van de Melkweg worden waargenomen. Dit betekent dat de hogesnelheidsbanen van de S-sterren – sterren die met duizenden kilometers per seconde rond Boogschutter A* draaien – verklaard kunnen worden zonder een singulariteit aan te voeren.
Het model suggereert dat deze kern van donkere materie uitzonderlijk compact en massief zou zijn, en een zwaartekracht zou uitoefenen die niet te onderscheiden is van een zwart gat. Dit is niet alleen maar speculatie; De berekeningen van het team houden ook rekening met de banen van in stof gehulde objecten die bekend staan als G-bronnen, die ook in de buurt van het galactische centrum clusteren.
Overbruggingsschalen: van de galactische kern tot de buitenste halo
Wat dit onderzoek onderscheidt, is het vermogen om observaties op zeer verschillende schaalniveaus met elkaar te verbinden. Recente gegevens van de Gaia DR3-missie van de European Space Agency brachten de buitenste halo van de Melkweg in kaart en onthulden een vertraging in de rotatiecurve (de Kepleriaanse achteruitgang). Het fermionische donkere materiemodel van het team reproduceert dit gedrag nauwkeurig, in tegenstelling tot traditionele donkere materiemodellen.
Dit is van cruciaal belang omdat wordt voorspeld dat conventionele halo’s van donkere materie zich in een lange, verlengde staart zullen verspreiden. Fermionische donkere materie vormt echter een strakkere structuur, wat resulteert in een compactere halo, die aansluit bij waarnemingen.
“Dit is de eerste keer dat een donkere-materiemodel met succes deze enorm verschillende schalen en verschillende objectbanen heeft overbrugd, inclusief moderne rotatiecurven en gegevens over centrale sterren”, zegt dr. Carlos Argüelles, co-auteur van het onderzoek.
Consistent met beelden van zwarte gaten?
De implicaties houden niet op bij de orbitale mechanica. Het team ontdekte dat hun kernmodel voor donkere materie zelfs de ‘schaduw’ kan verklaren die werd afgebeeld door de Event Horizon Telescope (EHT) voor Sagittarius A*. Een dichte kern van donkere materie buigt licht zo sterk af dat het het donkere centrale gebied omgeven door een heldere ring zou kunnen nabootsen, net als het zwarte gat-beeld van de EHT.
Toekomstige tests en implicaties
Hoewel de huidige gegevens een zwart gat niet definitief kunnen uitsluiten, biedt het donkere materiemodel een uniform raamwerk voor het galactische centrum, waarbij rekening wordt gehouden met zowel sterbanen als de waargenomen schaduw. Toekomstige waarnemingen van instrumenten zoals de GRAVITY-interferometer zullen cruciaal zijn om deze voorspellingen te testen.
Concreet zullen wetenschappers op zoek gaan naar fotonringen – een belangrijk kenmerk van zwarte gaten die niet zouden bestaan rond de voorgestelde kern van donkere materie. Indien bevestigd, zou deze ontdekking ons begrip van de krachten die galactische centra beheersen en de aard van donkere materie zelf fundamenteel veranderen.
Het onderzoek werd gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
