Ученые предложили альтернативную идею
На протяжении десятилетий движение звезд вблизи центра нашей галактики Млечный Путь считалось одним из самых убедительных доказательств существования сверхмассивной черной дыры. Однако доктор Валентина Креспи (Dr. Valentina Crespi) из Института астрофизики Ла-Платы и ее коллеги предполагают, что те же движения звезд могут быть вызваны совершенно другим типом компактных объектов — самогравитирующей фермионной темной материей.
Работа команды опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society («Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества»).
Согласно основной теории, Стрелец А* — предполагаемая сверхмассивная черная дыра в центре нашей Галактики — отвечает за наблюдаемые орбиты группы звезд, известных как S-звезды, которые вращаются с огромной скоростью — до нескольких тысяч километров в секунду.
Вместо этого доктор Креспи и его соавторы выдвинули альтернативную идею: особый тип темной материи, состоящий из фермионов, или легких субатомных частиц, может образовывать уникальную космическую структуру, которая также соответствует нашим представлениям о ядре Млечного Пути.
Теоретически это привело бы к образованию сверхплотного компактного ядра, окруженного обширным рассеянным гало, которые вместе представляли бы собой единое целое.
Внутреннее ядро Млечного Пути настолько компактно и массивно, что может имитировать гравитационное притяжение черной дыры и объяснить орбиты S-звезд, которые наблюдались в ходе предыдущих исследований, а также орбиты окутанных пылью объектов, известных как G-источники, которые также находятся поблизости.
Особое значение для нового исследования имеют последние данные миссии Европейского космического агентства Gaia DR3, в рамках которой была тщательно изучена кривая вращения внешнего гало Млечного Пути. Она показывает, как звезды и газ вращаются вокруг центра галактики.
Было замечено замедление кривой вращения нашей Галактики, известное как кеплерово замедление, которое можно объяснить наличием внешнего гало из темной материи в сочетании с традиционными компонентами массы диска и балджа из обычной материи.
Это подтверждает правомерность фермионной модели, подчеркивая ключевое структурное различие. В то время как традиционные гало холодной темной материи имеют вытянутую «степенную» форму, фермионная модель предсказывает более плотную структуру, ведущую к формированию более компактных гало.
«Впервые модель темной материи успешно объединила столь разные масштабы и различные орбиты объектов, включая современные данные о кривых вращения и центральных звездах. Мы не просто заменяем черную дыру темным объектом. Мы предполагаем, что сверхмассивный центральный объект и гало темной материи в галактике — это два проявления одной и той же непрерывной субстанции», — сказал доктор Карлос Аргуэльес, также сотрудник Института астрофизики Ла-Платы.
Модель фермионной темной материи, предложенная командой, уже прошла серьезное испытание. Исследование 2024 года показало, что, когда аккреционный диск освещает эти плотные ядра темной материи, они отбрасывают тень, поразительно похожую на ту, что была запечатлена коллаборацией телескопа «Горизонт событий» в Стрельце A*.
«Это ключевой момент. Наша модель не только объясняет орбиты звезд и вращение Галактики, но и согласуется со знаменитым изображением „тени черной дыры“. Плотное ядро из темной материи может имитировать тень, поскольку оно так сильно преломляет свет, создавая центральную темноту, окруженную ярким кольцом, — сказал доктор Креспи.
Астрономы провели статистическое сравнение своей модели фермионной темной материи с традиционной моделью черной дыры.
Они обнаружили, что, хотя имеющиеся данные о внутренних звездах пока не позволяют однозначно выбрать один из двух сценариев, модель темной материи дает единое объяснение и для центра Галактики (центральных звезд и тени), и для Галактики в целом.
«Более точные данные, полученные с помощью таких инструментов, как интерферометр GRAVITY на Очень большом телескопе ESO в Чили, а также поиск уникальной сигнатуры фотонных колец — ключевой особенности черных дыр, отсутствующей в сценарии с ядром из темной материи, — будут иметь решающее значение для проверки предсказаний этой новой модели. Результаты этих исследований могут в корне изменить наше представление о фундаментальной природе космического гиганта в центре Млечного Пути», — заявили авторы.
Астрофизики оценили, действительно ли наша галактика Млечный Путь примерно через пять миллиардов лет сольется с соседней галактикой Андромеды.