Що насправді ховається в центрі Чумацького Шляху: чорна діра чи дещо ще темніше?
У самому серці нашої галактики точно є щось надзвичайно масивне. У цьому астрономи не сумніваються вже давно. Але нове дослідження ставить провокаційне запитання: а що, як це не надмасивна чорна діра, як ми звикли вважати, а зовсім інший, ще загадковіший об’єкт?
Усі наявні вимірювання показують, що в центрі Чумацького Шляху зосереджена маса приблизно у чотири мільйони разів більша за масу Сонця. Класичне пояснення — чорна діра Sagittarius A*, або просто Sgr A*. Саме вона, за загальноприйнятою версією, керує шаленими швидкостями зірок поблизу галактичного ядра. У 2022 році телескоп Event Horizon Telescope навіть продемонстрував зображення її «тіні», що виглядало як остаточний доказ.
Та, як виявляється, не все так однозначно.
Група астрофізиків припустила: усі ці спостереження так само добре пояснює компактне скупчення ферміонної темної матерії — без горизонту подій і без класичної чорної діри. І головне — сучасні інструменти просто не дозволяють нам упевнено відрізнити один варіант від іншого.
Темна матерія — головний невидимий гравець Всесвіту
Темна матерія — одна з найбільших загадок сучасної науки. Ми точно знаємо, скільки у Всесвіті «звичайної» матерії: зірок, планет, газу. Але гравітації значно більше, ніж вони можуть створити. Щось невидиме, що не випромінює світло й не поглинає його, тримає галактики разом. Це «щось» і є темною матерією, яка становить близько 84% усієї матерії у Всесвіті.
І саме її гравітаційний вплив дозволив ученим «побачити» масивний об’єкт у центрі Чумацького Шляху — за рухом зірок, що описують складні витягнуті орбіти навколо невидимого центру.
А якщо чорної діри там немає?
Автори нового дослідження пішли далі. Вони припустили, що галактичне ядро може бути не окремим об’єктом, а частиною єдиної структури темної матерії, яка плавно переходить від щільного центру до розрідженого гало навколо всієї галактики.
«Ми не просто замінюємо чорну діру темним об’єктом, — пояснює астрофізик Карлос Арґуельєс. — Ми припускаємо, що центральний масивний об’єкт і гало темної матерії — це різні прояви однієї й тієї ж речовини».
Йдеться про ферміонну темну матерію — гіпотетичні частинки, які, як електрони чи нейтрони, підкоряються квантовим обмеженням і не можуть бути стиснуті до нескінченності. Теоретично це дозволяє утворювати надщільні, але стабільні об’єкти, схожі за принципом на білі карлики чи нейтронні зорі — тільки з темної матерії.
Зірки як свідки
Ключовими «свідками» подій у центрі галактики є так звані S-зірки. Вони рухаються з величезними швидкостями дуже близько до Sgr A*. Найвідоміша з них — зоря S2, яка робить повний оберт лише за 16 років. Її траєкторію вивчили з неймовірною точністю.
Дослідники змоделювали рух S2 у двох сценаріях:
— якщо в центрі є чорна діра;
— якщо там знаходиться щільне ядро з темної матерії.
Результат здивував: обидві моделі відтворюють рух зорі майже ідеально. Тобто спостереження не дозволяють зробити остаточний висновок.
Додатковий аргумент на користь темної матерії
Є ще один цікавий момент. Дані космічного апарата Gaia показують, що швидкість обертання Чумацького Шляху зменшується на великих відстанях від центру — так зване кеплерівське падіння. За словами авторів роботи, саме модель ферміонної темної матерії найкраще пояснює цю картину на всіх масштабах — від центру галактики до її околиць.
«Це перший випадок, коли модель темної матерії змогла пов’язати рух центральних зірок і загальну динаміку галактики в єдину систему», — зазначає Арґуельєс.
Що покаже майбутнє
Остаточну відповідь можуть дати майбутні спостереження. Якщо вдасться відстежити зорі, що обертаються ще ближче до центру, або отримати детальніші знімки області викривлення світла навколо Sgr A*, різниця може стати помітною.
Наприклад, характерне «фотонне кільце», притаманне чорним дірам, може виглядати інакше — або взагалі бути відсутнім — якщо в центрі насправді немає горизонту подій.
Поки що ж астрономи визнають: чорна діра — не єдине можливе пояснення. А серце Чумацького Шляху може виявитися ще темнішим і загадковішим, ніж ми думали.