В самом сердце Млечного пути скрывается нечто более тёмное, чем чёрная дыра

Нельзя отрицать, что в самом сердце галактики Млечный Путь скрывается нечто массивное, но новое исследование задается вопросом, является ли сверхмассивная черная дыра единственным возможным объяснением. Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Все проведенные на сегодняшний день измерения галактического центра согласуются с представлением о чрезвычайно плотном объекте, масса которого примерно в 4 миллиона раз превышает массу Солнца. Однако, согласно новой статье, если присмотреться, все эти данные могут также относиться к гигантскому компактному сгустку фермионной темной материи без горизонта событий.

В настоящее время у нас нет достаточной точности наблюдений, чтобы отличить эти две модели друг от друга. Однако состав темной материи галактического ядра дал бы 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 Карлос Аргуэльес из Института астрофизики Ла-Платы в Аргентине.

Темная материя — одна из величайших загадок Вселенной. Ученые могут с большой точностью рассчитать количество обычной материи во Вселенной. Однако, если все это суммировать, окажется, что гравитации гораздо больше, чем можно объяснить.

Что бы ни было ответственно за всю эту дополнительную гравитацию, оно не поглощает и не излучает свет; мы знаем о его существовании только благодаря его гравитационному влиянию. Это тёмная материя. И она отвечает за такую сильную гравитацию, что составляет примерно 84 процента от всего материального запаса Вселенной.

Метод, с помощью которого ученые подтвердили наличие и измерили массу массивного объекта в центре Млечного пути, также включал в себя гравитацию — отслеживание длинных, петлеобразных траекторий и изменяющихся скоростей высокоскоростных звезд, вращающихся вокруг галактического центра.

Наиболее простое объяснение этой массы, требующее наименьшего количества допущений, заключается в том, что это сверхмассивная черная дыра, названная Стрельцом A* (Sgr A*). В 2022 году изображение, полученное коллаборацией Event Horizon Telescope (EHT), даже, казалось, демонстрировало «тень» этой черной дыры.

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

Международная группа исследователей под руководством астрофизика Валентины Креспи из Института астрофизики Ла-Платы решила развить эту идею дальше: можно ли объяснить наблюдаемые орбиты звезд вокруг Sgr A* наличием ядра из темной материи?

Некоторые модели темной материи являются тонкими и диффузными, но одна из них допускает существование плотных скоплений – фермионная темная материя, частицы которой подчиняются квантовым правилам, препятствующим их бесконечному сжатию, подобно тому, как электроны и нейтроны отказываются сжиматься вместе при плотности ниже определенного предела.

Теоретически результатом является сверхплотное, гравитационно стабильное образование, по принципу похожее на белый карлик или нейтронную звезду, но состоящее из фермионов темной материи, а не из обычных частиц материи.

В связи с этим возникает вопрос: если бы подобный объект находился в центре галактики, изменилось бы ли поведение вращающихся вокруг него звёзд?

Существует ряд так называемых S-звезд, чье замысловатое движение вокруг галактического центра отражает гравитационный потенциал содержащейся в нем массы. Наиболее важным из этих индикаторов является звезда, называемая S2, поскольку она имеет относительно короткую 16-летнюю орбиту, которая была изучена и охарактеризована с исключительной точностью.

Исследователи смоделировали поведение S2 как в рамках традиционной интерпретации черной дыры Sgr A*, так и в рамках их фермионного сгустка темной материи.

Обе модели воспроизвели движение звезды с практически одинаковой точностью. Таким образом, это не говорит нам о том, что Sgr A* — это тёмная материя; это говорит нам о том, что это возможно, но на данный момент у нас недостаточно данных, чтобы сделать однозначный вывод.

Однако есть еще один аргумент в пользу фермионной темной материи. Карта Млечного пути, созданная космическим аппаратом Gaia — самая полная на сегодняшний день — показывает, что вращение галактики замедляется на больших расстояниях от галактического центра.

Исследователи утверждают, что это так называемое кеплеровское снижение легче объяснить наличием обширного, протяженного гало из фермионной темной материи, окружающего Млечный Путь, чем другими моделями темной материи.

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

Дальнейшие наблюдения могут помочь разрешить захватывающий вопрос об истинной природе Sgr A*. Например, долгосрочные наблюдения могут выявить небольшие особенности звездных орбит, которые склонят объяснение в ту или иную сторону. Звезды, вращающиеся ближе к Sgr A*, чем S2, также могут содержать подсказки.

Кроме того, будущие наблюдения с помощью телескопа Event Horizon Telescope могут выявить более тонкие детали области искривления света вокруг Sgr A*. Некоторые особенности, связанные с экстремальной гравитацией черной дыры, такие как четко выраженное фотонное кольцо, могут отсутствовать или изменяться, если центральный объект представляет собой безгоризонтное ядро из темной материи.