Ядром нашего Млечного Пути может быть не сверхмассивная черная дыра, а огромное скопление загадочной темной материи со схожим гравитационным влиянием.
Такую смелую гипотезу выдвинули астрономы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. По их мнению, она лучше объясняет и стремительное движение звезд на расстоянии всего в несколько световых часов от галактического центра, и плавное вращение внешних областей всей Галактики в целом.
Переосмысление темного сердца Млечного Пути
Эта работа ставит под сомнение господствующую теорию, по которой за наблюдаемые орбиты группы S-звезд, несущихся со скоростями в тысячи километров в секунду, ответственен Стрелец A* — предполагаемая черная дыра в сердце нашей Галактики.
По альтернативной версии, особая форма темной материи, состоящая из фермионов (легких субатомных частиц), может создавать уникальную космическую структуру, которая также соответствует известным данным о ядре Млечного Пути. Теоретически она должна формировать сверхплотное компактное ядро, окруженное обширным разреженным гало, которые вместе действуют как единое целое.
Внутреннее ядро будет настолько компактным и массивным, что сможет имитировать гравитационное притяжение черной дыры и объяснить орбиты S-звезд, наблюдавшиеся в предыдущих исследованиях, а также орбиты пылевых объектов (G-источников), также находящихся поблизости.
Детальная карта внешнего гало от Gaia
Основой нового исследования стали последние данные миссии Gaia DR3 Европейского космического агентства, которая скрупулезно отобразила кривую вращения внешнего гало Млечного Пути, показав, как звезды и газ обращаются на большом удалении от центра.
Наблюдаемое замедление кривой вращения нашей Галактики — кеплеровский спад — может быть объяснено, по мнению исследователей, внешним гало их модели темной материи в сочетании с традиционными компонентами массы диска и балджа из обычной материи. Это укрепляет позиции «фермионной» модели и подчеркивает важное различие. Обычное гало из холодной темной материи должно «растекаться» на большие расстояния по степенному закону, а фермионная модель предсказывает более сжатую структуру с компактными «хвостами» гало.
«Впервые модель темной материи успешно связала воедино столь различные масштабы и орбиты различных объектов, включая современные данные по кривой вращения и центральным звездам. Мы не просто заменяем черную дыру темным объектом. Мы предполагаем, что сверхмассивный центральный объект и гало темной материи галактики — это два проявления одной и той же, непрерывной субстанции», — пояснил соавтор исследования Карлос Аргуэльес из Института астрофизики Ла-Платы.
Имитация тени черной дыры
Фермионная модель темной материи уже прошла серьезную проверку. Предыдущие исследования показывают, что когда аккреционный диск освещает такие плотные ядра темной материи, они отбрасывают тенеподобную структуру, поразительно похожую на то, что запечатлел Телескоп горизонта событий для Sgr 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 темной материи может имитировать тень, потому что оно настолько сильно искривляет свет, создавая темноту в центре, окруженную ярким кольцом», — подчеркнула ведущий автор работы Валентина Креспи из Института астрофизики Ла-Платы.
Проверка нового сценария с темной материей
Исследователи статистически сравнили свою фермионную модель темной материи с традиционной моделью черной дыры. Они признали, что, хотя текущие данные по внутренним звездам пока не позволяют однозначно отличить один сценарий от другого, модель темной материи предоставляет единую основу, объясняющую и галактический центр (центральные звезды и тень), и Галактику в целом.
Сделать окончательные выводы поможет развитие технологий наблюдения, в частности интерферометр GRAVITY на Очень Большом Телескопе в Чили. Решающим может стать характерный для черных дыр признак фотонных колец — в сценарии с ядром из темной материи их быть не должно.
Облако размером 195 световых лет обнаружили в центре Млечного пути
Загадочное свечение из центра Млечного Пути может быть темной материей: астрономы
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram