Что, если в центре Млечного Пути на самом деле не черная дыра, как мы думали?

Мы считаем само собой разумеющимся, что в центре галактики Млечный Путь есть сверхмассивная черная дыра, но мы не можем прилететь туда и проверить. Что, если в этом плотном и пыльном регионе на самом деле скрывается что-то еще?

Мы частично делаем вывод о наличии и свойствах сверхмассивной черной дыры под названием Стрелец A* (Sgr A*) из гравитационного эффекта, который она оказывает на другие объекты, например, на экстремальные орбиты таких объектов, как звезды, вокруг этого галактического центра … но что, если мы ошибаемся?

Что, если это вообще не черная дыра? Что, если это ядро ​​темной материи? Согласно новому увлекательному исследованию, наблюдаемые орбиты галактического центра, а также орбитальные скорости во внешних областях галактики, на самом деле было бы легче объяснить, если бы это было ядро ​​темной материи в сердце галактики, а не черная дыра.

Статья была принята в MNRAS Letters и в настоящее время доступна на сервере препринтов arXiv. Но сначала, вот небольшая предыстория того, откуда взялась эта дикая гипотеза.

В последние два десятилетия орбита звезды S2 была предметом пристального изучения. Она находится на 16-летней орбите вокруг галактического центра, длинной эллиптической петле, которая послужила идеальной лабораторией для одного из самых экстремальных тестов общей теории относительности на сегодняшний день.

В предыдущем исследовании две отдельные группы ученых показали, что теория относительности не только сохраняется в галактическом центре пространства-времени, но результаты также согласуются со сверхмассивной черной дырой, в 4 миллиона раз превышающей массу Солнца.

Затем появился объект под названием G2. Также на длинной эллиптической орбите G2 совершил нечто странное, когда в 2014 году обошел свой перицентр — точку на своей орбите, ближайшую к предполагаемой черной дыре. Он превратился из обычного компактного объекта в нечто длинное и растянутое, прежде чем снова сжаться до компактного объекта.

Это было действительно странно, и природа G2 до сих пор неизвестна. Но как бы то ни было, движение объекта по перицентру, демонстрирует сопротивление, которое, по мнению группы астрофизиков во главе с Эдуаром Антонио Бесерра-Вергара из Международного центра релятивистской астрофизики в Италии, не полностью соответствует модели черной дыры.

В прошлом году исследователи показали, что S2 и G2 согласуются с другой моделью, даже со странным движением после перицентра: фермионам темной материи, которые они называют «даркнино», с достаточно легкой массой, что они не коллапсируют в черной дыре, пока не наберется, как минимум в 100 раз больше материала.

Однако S2 и G2 — не единственные объекты, вращающиеся вокруг центра Галактики. Итак, теперь исследователи расширили свою модель до 17 наиболее охарактеризованных звезд, движущихся вокруг галактического центра, известных как S-звезды — и вы никогда не угадаете, что они обнаружили.

Согласно расчетам, в центре Галактики может быть плотный сгусток темной материи, который на окраинах галактики становится более тонким до диффузной концентрации.

Как мы уже сообщали ранее, темная материя, несомненно, является одной из самых больших загадок Вселенной, какой мы ее знаем. Это название, которое мы даем загадочной массе, ответственной за гравитационные эффекты, которые нельзя объяснить тем, что мы можем обнаружить другими способами – как обычную материю, звезды, пыль и галактики.

Например, галактики вращаются намного быстрее, чем должны были бы, если бы на них просто гравитационно влияла нормальная материя; гравитационное линзирование — искривление пространства-времени вокруг массивных объектов — намного сильнее, чем должно быть. То, что создает эту дополнительную гравитацию, невозможно обнаружить напрямую.

Мы знаем это только по гравитационному эффекту, который он оказывает на другие объекты … звучит знакомо? Но активные галактические ядра, такие как самая фотогеничная сверхмассивная черная дыра во Вселенной, M87* (примерно в 6,5 миллиардов раз больше массы Солнца), кажутся гораздо более совместимыми с моделью темной материи.

Команда предполагает, что при превышении критической массы сгусток темной материи мог гравитационно коллапсировать в сверхмассивную черную дыру. Это могло бы помочь объяснить, как вообще появились сверхмассивные черные дыры, поскольку мы понятия не имеем, как они становятся такими большими — и уж точно не знаем, сколько из них появилось в ранней Вселенной, прежде чем они успели сформироваться.

Считается, что примерно 80 процентов материи во Вселенной — это темная материя. Недостаточно сверхмассивных черных дыр, или каких-либо других, чтобы объяснить всю эту темную материю, но команда не предполагает, что именно здесь находится вся темная материя. Скорее, их подход предлагает кандидата на темную материю, который также может помочь объяснить существование сверхмассивных черных дыр.

Будущий анализ, либо согласуется с их выводами, либо может только помочь ограничить эти явления, в конечном итоге приблизив нас к истине.

Исследование было одобрено MNRAS Letters и доступно на arXiv.