Тамна материја уместо црне рупе – шта се налази у центру Млечног пута

Сва мерења галактичког центра до данас у складу су са постојањем изузетно густог објекта око четири милиона пута масивнијег од Сунца. Према новом раду, међутим, ако се посматра мало пажљивије, сви ти докази могу да се односе и на џиновску, компактну грудву фермионске тамне материје, без хоризонта догађаја.

Тренутно немамо довољну посматрачку прецизност да бисмо разликовали ова два модела. Ипак, ако би галактичко језгро било састављено од тамне материје, то би астрономима дало нови алат за тумачење структуре тамне материје у читавој галаксији.

„Ми не мењамо црну рупу тамним објектом, већ предлажемо да су супермасивни централни објекат и ореол тамне материје галаксије две манифестације исте, континуиране супстанце“, објашњава астрофизичар Карлос Аргуељес са Института за астрофизику Ла Плата у Аргентини.

Тамна материја је једна од највећих мистерија Универзума. Научници могу са великом прецизношћу да израчунају количину материје у Универзуму. Међутим, када се све то сабере, испоставља се да постоји знатно више гравитације него што она може да објасни.

Шта год да је одговорно за ту додатну гравитацију, оно не апсорбује нити емитује светлост. Знамо да постоји само захваљујући свом гравитационом утицају. То је тамна материја. Она је одговорна за толико гравитације да чини отприлике 84 одсто укупне масе Универзума.

Начин на који су научници потврдили присуство и измерили масу масивног објекта у срцу Млечног пута такође се заснивао на гравитацији – праћењем дугих, петљастих путања и променљивих брзина брзих звезда које круже око галактичког центра.

Најједноставније објашњење те масе, које подразумева најмање претпоставки, јесте да је реч о супермасивној црној рупи, названој Стрелац A*. Године 2022. слика коју је добила сарадња Телескопа хоризонта догађаја (EHT) чак је изгледала као да приказује „сенку“ црне рупе.

Али то није једино објашњење. На пример, претходна истраживања су показала да би акрециони диск који блиста око концентрисане грудве тамне материје потенцијално могао да произведе сенку изузетно сличну оној коју је снимио EHT.

Међународни тим, предвођен астрофизичарком Валентином Креспи са Института за астрофизику Ла Плата, желео је да ово прошири: Да ли би посматране орбите звезда око Стрелца А* такође могле да се објасне језгром тамне материје?

Неки модели тамне материје су разређени и „магловити“, али један кандидат дозвољава постојање густих накупина – фермионске тамне материје, честица које поштују квантна правила која их спречавају да буду бесконачно сабијене, слично начину на који електрони и неутрони одбијају да буду згњечени испод одређене границе густине.

Теоријски резултат је ултрагуст, гравитационо стабилан објекат, у принципу сличан белом патуљку или неутронској звезди, али састављен од фермиона тамне материје, а не од честица нормалне материје.

Поставља се онда питање – ако би такав објекат био смештен у галактичком центру, да ли би постојала разлика у понашању звезда које око њега круже?

Постоји низ такозваних S звезда чији сложени плес око галактичког центра исцртава гравитациони потенцијал масе унутар њега. Најважнији од ових „трагача“ је звезда S2, јер има релативно кратку орбиту од 16 година, која је посматрана и изузетно детаљно описана.

Истраживачи су моделирали понашање S2, и за конвенционално тумачење Стрелца А* као црне рупе, и за своју грудву фермионске тамне материје.

Оба модела репродуковала су кретање звезде са готово идентичним нивоима тачности. Дакле, ово нам не говори да је Стрелац А* тамна материја. Говори нам да би могао да буде, али да тренутно немамо довољно података да бисмо то разликовали.

Ипак, постоји још једна тачка у корист фермионске тамне материје. Мапа Млечног пута коју је направила свемирска летелица „Гаја“, најсвеобухватнија до сада, показује да се ротација галаксије успорава на већим удаљеностима од галактичког центра.

Овај такозвани Кеплеров пад, кажу истраживачи, лакше се објашњава огромним, распрострањеним ореолом фермионске тамне материје који обавија Млечни пут него другим моделима тамне материје.

„Ово је први пут да је један модел тамне материје успешно повезао ове веома различите размере и разне орбите објеката, укључујући савремене податке о ротационој кривој и централним звездама“, каже Аргуељес.

Будућа посматрања могла би да помогну у решавању фасцинантног питања праве природе Стрелца А*. На пример, дуготрајна посматрања могла би да открију ситне карактеристике орбита звезда које би превагнуле објашњење у једном или другом правцу. Звезде које круже ближе Стрелцу А* него S2 такође могу да садрже важне трагове.

Поред тога, будућа посматрања Телескопом хоризонта догађаја могла би да открију финије детаље региона савијања светлости око Стрелца А*. Одређене карактеристике повезане са екстремном гравитацијом црне рупе, као што је јасно дефинисан фотонски прстен, могле би да изостану или да буду измењене ако би централни објекат уместо тога био језгро тамне материје без хоризонта.