RW Space

Нельзя отрицать, что в центре галактики Млечный Путь скрывается что-то массивное, но новое исследование задается вопросом, является ли сверхмассивная черная дыра единственным возможным объяснением.

Все измерения, проведенные на сегодняшний день в центре галактики, согласуются с очень плотным объектом, примерно в 4 миллиона раз массивнее Солнца. Однако, согласно новой статье, если вы немного прищуритесь, все эти доказательства могут быть применимы и к гигантскому компактному сгустку фермионной темной материи без горизонта событий.

В настоящее время у нас нет наблюдательной точности, чтобы увидеть разницу между этими двумя моделями. Однако состав темной материи ядра галактики даст астрономам новый инструмент для интерпретации структуры темной материи всей галактики.

«Мы не просто заменяем черную дыру темным объектом; мы предполагаем, что сверхмассивный центральный объект и гало темной материи галактики являются двумя проявлениями одного и того же непрерывного вещества», — объясняет астрофизик Карлос Аргуэльес из Института астрофизики Ла-Платы в Аргентине.

Темная материя — одна из величайших загадок Вселенной. Ученые могут рассчитать количество обычной материи во Вселенной с большой точностью. Однако, если все это подсчитать, на самом деле гравитация значительно больше, чем можно объяснить.

То, что отвечает за всю эту дополнительную гравитацию, не поглощает и не излучает свет; мы знаем, что он существует только благодаря его гравитационному влиянию. Это темная материя. И он ответственен за такую большую гравитацию, что он составляет примерно 84 процента баланса материи Вселенной.

То, как ученые подтвердили наличие и измерили массу массивного объекта в центре Млечного Пути, также включало гравитацию – отслеживая длинные, петляющие траектории и изменяющиеся скорости высокоскоростных звезд, вращающихся вокруг галактического центра.

Самое чистое объяснение этой массы, включающее наименьшее количество предположений, заключается в том, что это сверхмассивная черная дыра, получившая название Стрелец А* (Sgr A*). В 2022 году на изображении, полученном коллаборацией Event Horizon Telescope (EHT), даже появилась «тень» черной дыры.

Но это не единственное объяснение. Например, предыдущие исследования показали, что аккреционный диск, пылающий вокруг концентрированного сгустка темной материи, потенциально может создавать тень, удивительно похожую на ту, что была получена EHT.

Под руководством астрофизика Валентины Креспи из Института астрофизики Ла-Платы международная группа хотела экстраполировать это дальше: могут ли наблюдаемые орбиты звезд вокруг Sgr A* также быть объяснены ядром темной материи?

Некоторые модели темной материи: тонкий и диффузный, но один кандидат допускает плотные сгустки — фермионную темную материю, частицы, которые подчиняются квантовым правилам, которые не позволяют им бесконечно сжиматься, подобно тому, как электроны и нейтроны отказываются сталкиваться друг с другом ниже определенного предела плотности.

Теоретический результат — сверхплотная, гравитационно-стабильная капля, в принципе похожая на белого карлика или нейтронной звезды, но состоящая из фермионов темной материи, а не из частиц нормальной материи.

Вопрос тогда возникает вопрос: если бы такой объект находился в центре галактики, была бы разница в поведении вращающихся звезд?

Существует ряд так называемых S-звезд, чей замысловатый танец вокруг галактического центра отслеживает гравитационный потенциал находящейся в нем массы. Самым важным из этих трассеров является звезда под названием S2, поскольку она имеет относительно короткую 16-летнюю орбиту, которая наблюдалась и охарактеризовалась в мельчайших подробностях.

Исследователи смоделировали поведение S2 как для традиционной интерпретации Sgr A* как черной дыры, так и для фермионной сгустка темной материи.

Обе модели воспроизвели движение звезды с почти одинаковым уровнем точности. Итак, это не говорит нам о том, что Стрелец А* представляет собой темную материю; он говорит нам, что это возможно, но на данный момент у нас недостаточно данных, чтобы сказать это.

Однако есть еще один момент в пользу фермионной темной материи. Карта Млечного Пути, составленная космическим кораблем Gaia – самая полная на сегодняшний день – показывает, что вращение галактики замедляется на больших расстояниях от галактического центра.

Этот так называемый кеплеровский спад легче объяснить огромным протяженным ореолом фермионной темной материи, окружающим Млечный Путь, чем другие модели темной материи, говорят исследователи.

По теме: Только что подтверждено существование звезды, вращающейся вокруг черной дыры предсказание общей теории относительности

«Это первый раз, когда модель темной материи успешно объединила эти совершенно разные масштабы и различные орбиты объектов, включая данные о современной кривой вращения и центральных звездах», — говорит Аргуэльес.

Будущие наблюдения могут помочь решить увлекательный вопрос об истинной природе Стрельца А*. Например, долгосрочные наблюдения могут выявить небольшие характеристики звездных орбит, которые склоняют объяснение в ту или иную сторону. Звезды, вращающиеся ближе к Sgr A*, чем к S2, также могут содержать подсказки.

Кроме того, будущие наблюдения с помощью телескопа Event Horizon могут выявить более мелкие детали области отклонения света вокруг Sgr A*. Определенные особенности, связанные с чрезвычайной гравитацией черной дыры, такие как четко выраженное фотонное кольцо, могли бы отсутствовать или измениться, если бы вместо этого центральным объектом было безгоризонтное ядро ​​темной материи.

Исследование было опубликовано в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.