Przez dziesięciolecia naukowcy wierzyli, że w sercu Drogi Mlecznej znajduje się supermasywna czarna dziura Sagittarius A, odpowiedzialna za szybką rotację pobliskich gwiazd. Jednak nowe badania sugerują alternatywę: supergęsty rdzeń zbudowany z fermionowej ciemnej materii * może wyjaśnić te same zaobserwowane ruchy gwiazd, potencjalnie zmieniając nasze rozumienie centrów galaktycznych.
Alternatywa dla czarnych dziur
Badanie, kierowane przez dr Valentinę Crespi z Instytutu Astrofizyki La Plata, sugeruje, że zamiast czarnej dziury unikalna struktura kosmiczna utworzona przez samograwitującą ciemną materię fermionową może naśladować obserwowane efekty grawitacyjne w centrum Drogi Mlecznej. Oznacza to, że szybkie orbity gwiazd klasy S – gwiazd krążących wokół Strzelca A* z prędkością tysięcy kilometrów na sekundę – można wyjaśnić bez odwoływania się do osobliwości.
Model przewiduje, że to jądro ciemnej materii będzie niezwykle zwarte i masywne, wywierając przyciąganie grawitacyjne nie do odróżnienia od czarnej dziury. To nie jest tylko spekulacja; Obliczenia zespołu uwzględniają również orbity przesłoniętych pyłem obiektów, znanych jako źródła G, które również gromadzą się w pobliżu centrum galaktyki.
Połączenie łusek: od rdzenia galaktycznego do zewnętrznego halo
Tym, co wyróżnia to badanie, jest możliwość łączenia obserwacji w bardzo różnych skalach. Niedawne dane z misji Gaia DR3 Europejskiej Agencji Kosmicznej umożliwiły wykonanie zdjęć zewnętrznego halo Drogi Mlecznej, ujawniając spowolnienie jej krzywej rotacji (rozpad Keplera). Opracowany przez zespół model fermionowej ciemnej materii dokładnie odtwarza to zachowanie, w przeciwieństwie do tradycyjnych modeli ciemnej materii.
Jest to niezwykle istotne, ponieważ uważa się, że zwykłe aureole ciemnej materii rozciągają się w postaci długiego, wydłużonego ogona. Fermionowa ciemna materia tworzy jednak gęstszą strukturę, co skutkuje bardziej zwartym halo zgodnym z obserwacjami.
„To pierwszy raz, kiedy model ciemnej materii z powodzeniem zintegrował tak różne skale i orbity różnych obiektów, w tym dane dotyczące współczesnej krzywej spinu i gwiazd centralnych” – powiedział dr Carlos Argüelles, jeden ze współautorów badania.
Zgodne z obrazami czarnej dziury?
Konsekwencje nie ograniczają się do mechaniki orbitalnej. Zespół odkrył, że ich model jądra ciemnej materii może nawet wyjaśnić „cień” uchwycony przez Teleskop Horyzontu Zdarzeń (EHT) dla Sagittarius A*. Gęsty rdzeń ciemnej materii zagina światło tak mocno, że może imitować ciemny obszar centralny otoczony jasnym pierścieniem, jak na obrazie czarnej dziury EHT.
Przyszłe próby i konsekwencje
Chociaż obecne dane nie mogą definitywnie wykluczyć czarnej dziury, model ciemnej materii zapewnia ujednolicone ramy dla centrum galaktyki, biorąc pod uwagę zarówno orbity gwiazd, jak i obserwowany cień. Przyszłe obserwacje za pomocą instrumentów takich jak interferometr GRAVITY będą miały kluczowe znaczenie dla sprawdzenia tych przewidywań.
W szczególności naukowcy będą szukać pierścieni fotonowych, kluczowej cechy czarnych dziur, która nie istniałaby wokół proponowanego jądra ciemnej materii. Jeśli odkrycie to się potwierdzi, zasadniczo zmieni nasze rozumienie sił rządzących centrami galaktycznymi i samej natury ciemnej materii.
Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
