Сердцевина Млечного пути может быть не в чёрной дыре, а в ядре тёмной материи

Фото из открытых источников

Каноническое изображение сверхмассивной пространственно-временной бездны, расположенной в центре нашей галактики, Стрельца A*, оспаривается радикальным предположением, вытекающим из международного исследования, опубликованного в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). Группа астрофизиков постулирует, что гравитационная сила, формирующая бурные орбиты центральных звезд и спокойное вращение галактического гало, может исходить не от черной дыры, а от экзотической монолитной структуры, состоящей из фермионной темной материи — невидимого вещества, составляющего большую часть массы Вселенной.

Исследование, проведенное учеными из Института астрофизики Ла-Платы (Аргентина), Международного центра релятивистской астрофизики и Национального института астрофизики (Италия), исследовательской группы по теории относительности и гравитации в Колумбии и Физического института Кёльнского университета (Германия), рассматривает два, казалось бы, совершенно разных масштаба наблюдений.

С одной стороны, это стремительный танец S-звезд, вращающихся со скоростью в тысячи километров в секунду всего в нескольких световых часах от центра галактики, а с другой — крупномасштабная кривая вращения Млечного пути , в частности, его замедление во внешних областях, задокументированное с беспрецедентной точностью миссией GAIA DR3 Европейского космического агентства.

Традиционная модель объясняет эту динамику наличием сверхмассивной черной дыры массой приблизительно в четыре миллиона солнечных масс, названной Sgr A*, тень которой даже была зафиксирована консорциумом Event Horizon Telescope (EHT). Однако команда утверждает, что гало из темной материи, состоящее из легких фермионов — субатомных частиц, таких как нейтрино или их темные аналоги, — может предложить единое и элегантное объяснение.

Эта модель предсказывает образование сверхплотного, компактного ядра, окруженного обширным, диффузным гало, которое ведет себя как непрерывная физическая сущность. Экстремальная плотность внутреннего ядра способна воспроизвести гравитационное притяжение черной дыры к звездам типа S и пылевым объектам, известным как источники типа G, в то время как глобальная структура гало объясняет крупномасштабную динамику.

Ключ к этому объединению кроется в данных GAIA. Наблюдаемое кеплеровское падение — специфическое снижение орбитальной скорости звезд во внешней части гало — находит естественное объяснение в компактном хвосте предлагаемого фермионного гало. В отличие от традиционных гало холодной темной материи, которые распределены в соответствии с протяженным «степенным» хвостом, фермионная модель генерирует более плотное, более ограниченное распределение. Эта отличительная структурная особенность позволяет модели одновременно соответствовать кривой вращения галактики, если ее объединить с известными массовыми вкладами диска и балджа обычной материи.

«Это первый случай, когда модель темной материи смогла согласовать эти совершенно разные масштабы и орбиты множества объектов, включая современные данные о кривой вращения и центральной звезде», — сказал соавтор исследования Карлос Аргуэльес из Института астрофизики Ла-Платы. «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».

Ключевое подтверждение этой гипотезы получено в результате предыдущего наблюдательного исследования. Более раннее исследование Пелле и др. (2024), также опубликованное в MNRAS, показало, что когда аккреционный диск освещает эти плотные ядра темной материи, они проецируют нечто, аналогичное тени, удивительно похожее на изображение, полученное телескопом EHT для Sgr A*. Это открытие обеспечивает непосредственное наблюдательное подтверждение альтернативной модели.

«Это поворотный момент», — отметила ведущий автор исследования Валентина Креспи из того же аргентинского института. «Наша модель объясняет орбиты звезд и вращение галактики, а также согласуется со знаменитым изображением «тени черной дыры». Плотное ядро из темной материи может имитировать тень, потому что оно искривляет свет с большой силой, создавая центральную темноту, окруженную ярким кольцом».

Проведенный группой статистический анализ показывает, что при имеющихся данных о центральных звездах по-прежнему невозможно однозначно различить традиционный сценарий черной дыры и сценарий фермионной темной материи. Тем не менее, модель темной материи предоставляет единую теоретическую основу, которая, без необходимости в отдельных объектах, охватывает все аспекты, от явлений в центре галактики — звезд типа S, источников типа G и тени — до глобальной динамики Млечного Пути. Эта всеобъемлющая природа делает ее серьезной альтернативой, заслуживающей тщательного изучения.

Таким образом, данное исследование не является заключением, а представляет собой новую отправную точку для наблюдений. Авторы подчеркивают, что предстоящие кампании с использованием высокоточных инструментов, таких как интерферометр GRAVITY на Очень большом телескопе (Чили), будут иметь решающее значение. Поиск специфического признака — колец вторичных и третичных фотонов, характерного признака экстремальной физики горизонта событий черной дыры, который отсутствовал бы в сценарии ядра темной материи, — может стать окончательным подтверждением.

Результаты этого поиска могут кардинально изменить фундаментальное понимание гравитационного левиафана, который, оставаясь невидимым, управляет сердцем нашей галактики.