А что, если это не черная дыра? Ядро нашей галактики может быть огромным шаром темной материи

Или, по крайней мере, мы так верили, потому что международная группа астрономов только что сбросила настоящую «теоретическую бомбу», которая, если она окажется правдой, могла бы заставить нас все изменить: что, если бы, в конце концов, Стрелец А* не был черной дырой? Что, если на самом деле это была невообразимо плотная концентрация темной материи?

Новое исследование, только что опубликованное в журнале ‘Ежемесячные уведомления Королевского астрономического обществаи возглавляемый Институтом астрофизики Ла-Платы (Аргентина) и итальянским подразделением Международного центра сети релятивистской астрофизики (ICRANet), утверждает, что эта гипотеза не только возможна, но и лучше, чем нынешняя модель, объясняет то, что происходит как в безумном галактическом центре, так и на спокойных внешних окраинах нашего космического «острова».

«Непрерывное вещество»

До сих пор стандартная модель говорила нам, что галактика имеет два основных «невидимых» гравитационных компонента: черную дыру в центре (точку бесконечной плотности) и гигантский ореол холодной темной материи которая окутывает всю галактику и удерживает звезды на своих орбитах. Две разные вещи.

Но то, что предлагают Валентина Креспи и Карлос Аргуэльес, основные авторы исследования, совсем другое и, по их мнению, гораздо более элегантное: все это состоит из одного и того же. Фактически, согласно их расчетам, «сплошное вещество» темной материи, состоящее из фермионов (легких субатомных частиц, иногда называемых «даркино»), могло образовать уникальную структуру.

В центре эти частицы слиплись бы настолько сильно, что образовали бы сверхплотное ядро, способное оказывать жестокую гравитацию, идентичную гравитации черной дыры. По направлению к внешней стороне плотность будет падать, образуя уже известный нам рассеянный ореол.

«Мы не просто заменяем черную дыру темным объектом, – поясняет Карлос Аргуэльес. «Мы предполагаем, что центральный сверхмассивный объект и гало темной материи галактики являются двумя проявлениями одного и того же непрерывного вещества».

Тайна «сверхбыстрых» звезд

Чтобы теория была поддержана и считалась хорошей, она должна быть способна объяснить то, что мы видим. И в данном случае то, что мы видим в центре галактики, — это жестокий танец. Там группа звезд, известная как «S-звезды», вращается с головокружительной скоростью (до нескольких тысяч километров в секунду) вокруг невидимого и массивного «чего-то». То, что традиционная модель холодной темной материи не может объяснить.

Но при применении новой модели фермионов все работает. Ядро темной материи, по сути, было бы настолько компактным, что S-звезды вращались бы вокруг него точно так же, как если бы существовала черная дыра. И это также объяснило бы поведение загадочных «G-источников», покрытых пылью объектов, которые десятилетиями сбивали с толку астрономов и, по-видимому, способны пережить приливные силы, которые разорвали бы любое нормальное газовое облако так близко к черной дыре.

«Тормозной» тест

Но самое главное, согласно исследованию, заключается в самом последнем «наборе» данных, отправленных Миссия Гайи Европейского космического агентства (ЕКА). Gaia, по сути, занимается составлением карт галактики с беспрецедентной точностью. И оказывается, что их последние данные (из каталога DR3) выявили что-то странное в пределах Млечного Пути: кривая вращения галактики замедляется. Это то, что физики называют «кеплеровским упадком».

Традиционная модель холодной темной материи (CDM) предсказывает очень обширные ореолы и испытывает серьезные трудности с объяснением этого внезапного «тормоза» на краях. Но этого не происходит при применении фермионной модели. Таким образом, по сути, все данные встали на свои места. Плотное ядро объясняет центр, а компактное гало — замедление по краям.

«Это первый раз, — уверяет Аргуэльес, — что модели темной материи удается успешно объединить эти очень разные масштабы». Один ингредиент, говорит исследователь, объясняет все.

А что насчет фото?

Новая теория, кажется, противоречит тому, что мы видели в 2022 году, когда телескоп горизонта событий (EHT) дал нам первая фотография Стрельца А*который показал огромную тень черной дыры.

Но Валентина Креспи и Карлос Аргуэльес уже предвидели эту критику и в предыдущее исследование опубликованные в 2024 году (также цитируемые в новой работе), они показали, что это фермионное ядро настолько плотно, что оно также способно отбрасывать тень.

У объекта нет, как у черных дыр, «горизонта событий» (точки невозврата, из которой ничто, даже свет, не ускользает), но его гравитация настолько чудовищна, что он сильно искривляет свет. Поэтому, если аккреционный диск (вращающийся горячий газ) освещает это ядро темной материи, оно будет выглядеть… практически так же, как на фотографии EHT: темная центральная область, окруженная ярким кольцом.

«Это решающий момент», — говорит Креспи. Наша модель не только объясняет орбиты звезд и вращение галактики, но также согласуется со знаменитым изображением «тени черной дыры». «Плотное ядро темной материи может имитировать тень, поскольку оно очень сильно преломляет свет».

Правда или ложь?

Итак, имеем ли мы дело с технической ничьей? Неужели невозможно узнать, живем ли мы вокруг черной дыры или шара темной материи? Да, это невозможно, но ненадолго. Фактически, авторы отмечают, что между обоими объектами существует фундаментальная разница, которую смогут обнаружить будущие телескопы. Потому что настоящая черная дыра из-за своего горизонта событий должна иметь вокруг себя нечто, называемое «фотонным кольцом» (очень специфическая и тонкая световая сигнатура). То, чего не было бы у ядра темной материи без горизонта событий. Последнее слово для исследователей будут иметь такие инструменты, как интерферометр GRAVITY на Очень Большом Телескопе (VLT) в Чили, или будущие усовершенствования самого EHT.

Нет никаких сомнений в том, что в случае подтверждения мы столкнемся с одним из величайших сдвигов парадигмы в современной астрофизике. Стрелец А* не мог быть разрушителем миров, которого мы боялись, а скорее крупнейшей известной на сегодняшний день концентрацией того «другого» типа материи, о котором мы до сих пор знаем так мало.