Serce galaktyki pod znakiem zapytania. Ciemna materia zamiast supermasywnej czarnej dziur

Nowe spojrzenie na serce galaktyki

Międzynarodowy zespół badaczy zaproponował model, w którym centralny obiekt Drogi Mlecznej nie jest pojedynczą czarną dziurą, lecz zwartym jądrem zbudowanym z tzw. fermionowej ciemnej materii – lekkich cząstek subatomowych.

Taki obiekt mógłby:

• wywierać niemal identyczne pole grawitacyjne jak czarna dziura,
• wyjaśniać szybkie ruchy gwiazd krążących bardzo blisko centrum (tzw. gwiazd typu S),
• a jednocześnie pasować do obserwacji całej galaktyki, w tym jej rotacji na dużych odległościach.

Według autorów model przewiduje strukturę składającą się z supergęstego, zwartego jądra, otoczonego rozległym, rozproszonym halo. Oba elementy działałyby razem jak jeden obiekt grawitacyjny.

Dane z misji Gaia: klucz do zagadki

Ważnym elementem nowych analiz były najświeższe dane z misji GAIA DR3 Europejskiej Agencji Kosmicznej. Sonda bardzo dokładnie zmierzyła, jak gwiazdy i gaz krążą w zewnętrznych rejonach Drogi Mlecznej.

Obserwacje wykazały tzw. spadek keplerowski – stopniowe zmniejszanie się prędkości obrotowej galaktyki na jej obrzeżach. Badacze twierdzą, że ich model ciemnej materii potrafi to naturalnie wyjaśnić, gdy uwzględni się także masę zwykłej materii w dysku i zgrubieniu centralnym galaktyki. Co więcej, w przeciwieństwie do standardowych modeli „zimnej ciemnej materii”, wariant fermionowy przewiduje bardziej zwartą i uporządkowaną strukturę halo.

A co z „cieniem czarnej dziury”?

Jednym z najmocniejszych argumentów za istnieniem czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej był obraz tzw. cienia uzyskany przez sieć radioteleskopów Event Horizon Telescope.

Nowy model nie stoi jednak z nim w sprzeczności. Wcześniejsze symulacje pokazały, że:

• gęste jądro ciemnej materii może silnie zakrzywiać światło,
• w efekcie powstaje ciemny obszar otoczony jasnym pierścieniem,
• wizualnie bardzo podobny do obrazu przypisywanego czarnej dziurze.

Czarna dziura czy coś jeszcze?

Na razie dostępne dane nie pozwalają jednoznacznie rozstrzygnąć, która z hipotez jest poprawna. Oba scenariusze – klasyczna czarna dziura i gęste jądro ciemnej materii dobrze opisują ruchy gwiazd w centrum galaktyki.

Kluczowe mogą okazać się przyszłe obserwacje, m.in.:

• pomiary interferometru GRAVITY na Bardzo Dużym Teleskopie w Chile,
• poszukiwania tzw. pierścieni fotonowych – charakterystycznej cechy czarnych dziur, której model ciemnej materii nie przewiduje.

Dlaczego to ważne?

Jeśli nowa hipoteza się potwierdzi, oznaczałoby to prawdziwą rewolucję w astrofizyce. Centralny „potwór” Drogi Mlecznej nie byłby osobną czarną dziurą, lecz częścią tej samej struktury ciemnej materii, która otacza całą galaktykę.

A to z kolei mogłoby znacząco zmienić nasze rozumienie:

• natury ciemnej materii,
• ewolucji galaktyk,
• oraz fundamentalnych procesów zachodzących we Wszechświecie.

Badanie opublikowano w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

Źródło: Royal Astronomical Society