В центре Млечного Пути скрывается объект массой около четырёх миллионов Солнц — и десятилетиями считалось, что это сверхмассивная чёрная дыра. Однако новая работа предлагает альтернативный сценарий, который не противоречит наблюдениям. Возможно, вместо чёрной дыры там находится сверхплотное ядро из тёмной материи. Об этом сообщает Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Наблюдения за галактическим центром показывают, что в области Стрельца A* (Sgr A*) сосредоточена колоссальная масса. Орбиты быстрых звёзд, движущихся по вытянутым траекториям, указывают на крайне компактный и плотный объект.
В 2022 году коллаборация Event Horizon Telescope даже представила изображение "тени", интерпретированной как силуэт чёрной дыры — подобные детали ранее обсуждались и в исследованиях о том, как чёрные дыры переключаются между ветрами и струями, влияя на окружающую среду.
Тем не менее исследователи под руководством Валентины Креспи и Карлоса Аргуэльеса предлагают рассмотреть другую возможность. По их версии, центральный объект может быть гигантским компактным сгустком фермионной тёмной материи — без горизонта событий, характерного для чёрных дыр.
"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.
Тёмная материя остаётся одной из главных космологических загадок. Её невозможно увидеть напрямую, но гравитационные эффекты указывают на то, что она составляет около 84 процентов всей материи во Вселенной. Без неё нельзя объяснить динамику галактик и их вращение.
Одна из гипотез предполагает существование фермионной тёмной материи. Частицы-фермионы подчиняются квантовым ограничениям, которые не позволяют им бесконечно сжиматься. В результате теоретически может возникнуть устойчивый сверхплотный объект — по аналогии с белым карликом или нейтронной звездой, но состоящий не из обычной материи, а из тёмной.
Чтобы выяснить, различимы ли две модели, учёные смоделировали движение S-звёзд — группы светил, вращающихся вокруг Sgr A*. Особое внимание уделили звезде S2 с 16-летним периодом обращения: её траектория измерена с исключительной точностью.
Результат оказался интригующим. И модель чёрной дыры, и модель фермионного сгустка воспроизводят движение S2 практически одинаково. Это означает, что на текущем уровне точности наблюдений однозначно выбрать одну из версий невозможно — подобные трудности интерпретации характерны и для случаев, когда астрономы обнаруживают планету-изгоя размером с Сатурн и вынуждены уточнять природу объекта по косвенным признакам.
Авторы также обращают внимание на данные космического аппарата Gaia. Самая подробная карта Млечного Пути показывает, что скорость вращения галактики уменьшается на больших расстояниях от центра — так называемое кеплеровское снижение.
По мнению исследователей, протяжённое гало из фермионной тёмной материи способно естественным образом объяснить это поведение.
"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.
Окончательный ответ могут дать более точные измерения. Долгосрочное наблюдение за орбитами звёзд, расположенных ещё ближе к центру, способно выявить тонкие различия в гравитационном поле. Кроме того, будущие наблюдения Event Horizon Telescope могут уточнить структуру области искривления света.
Если в центре находится чёрная дыра, должны проявиться характерные признаки экстремальной гравитации, например чётко выраженное фотонное кольцо. Если же объект лишён горизонта событий, эти детали могут оказаться иными.
Таким образом, вопрос о природе Sgr A* остаётся открытым. Альтернатива в виде фермионного ядра из тёмной материи не опровергает существование чёрных дыр, но расширяет поле для обсуждения и может связать структуру галактического центра с распределением тёмной материи во всём Млечном Пути.