Мы, опираясь на наши знания в области астрономии, считаем само собой разумеющимся, что в центре галактики Млечный Путь должна находиться сверхмассивная черная дыра, но у нас пока нет возможности отправиться туда, чтобы это проверить.
А что, если в этом регионе, изолированном от земного наблюдателя плотными облаками межзвездной пыли, на самом деле скрывается что-то другое?
Мы делаем вывод о наличии сверхмассивной черной дыры под названием Стрелец A* (Sgr A*) из-за гравитационных эффектов, которые она оказывает на близлежащие звезды с экстремальными орбитами, вращающиеся вокруг галактического центра. Но что, если мы ошибаемся?
Несомненно, на объекты в центре Млечного Пути оказывается мощное гравитационное воздействие, но что, если это никак не связано с черной дырой? Что, если мы имеем дело с ядром из темной материи? Согласно новому увлекательному исследованию, наблюдаемые орбиты у звезд галактического центра, а также орбитальные скорости во внешних областях Галактики, на самом деле было бы легче объяснить, если бы в центре находилось ядро из темной материи, а не черная дыра.
Ядро из темной материи
Последние два десятилетия орбита звезды S2 — звезда, расположенная недалеко от радиоисточника Стрелец A* — является предметом пристального внимания. Она находится на 16-летней сильно вытянутой эллиптической орбите вокруг галактического центра, став идеальным инструментом для одной из самых экстремальных проверок общей теории относительности Эйнштейна на сегодняшний день.
В одном из последних исследований две независимые команды доказали, что теория относительности не только продолжает работать в галактическом центре пространства-времени, но и указывает на присутствие компактного радиоисточника, масса которого в 4 миллиона раз больше массы Солнца.
Затем был обнаружен объект G2 (природа до сих пор неизвестна), который тоже находится на сильно вытянутой эллиптической орбите вокруг галактического центра. В 2014 году с G2 произошло нечто странное: объект обошел свой перицентр — ближайшая к предполагаемой черной дыре точка орбиты, — сильно растянулся, а после сжался до первозданного состояния.
Поведение G2 было интерпретировано, как сопротивление, которое, по мнению команды астрономов во главе с Эдуаром Антонио Бесерра-Вергара из Международного центра релятивистской астрофизики со штаб-квартирой в Италии, не совсем соответствует ответной реакции объекта на гравитационное воздействие со стороны черной дыры.
В 2020 году эта же команда показала, что странное движение S2 и G2 вполне согласуется с другой моделью: фермионы темной материи с достаточно малой массой, не позволяющей увидеть их коллапс в черную дыру, пока масса материи не возрастет минимум в 100 раз.
Стоит отметить, что гипотетическое ядро из темной материи может быть очень стабильным, чтобы «висеть в виде огромной плотной капли в центре Млечного Пути», оказывая воздействие не близлежащие объекты и распространяя свое влияние к галактическим границам.
Однако S2 и G2 — не единственные объекты, вращающиеся вокруг центра Галактики
Исследователи расширили свою модель до 17 звезд, которые известны как S-звезды и движутся вокруг галактического центра. Согласно их расчетам, поведение объектов согласуется с присутствием плотного сгустка темной материи вместо сверхмассивной черной дыры.
Темная материя, несомненно, является одной из самых больших загадок во Вселенной. Необычное название, которое дано загадочной массе (темная материя), ответственной за гравитационные эффекты, объясняется тем, что мы не можем обнаружить ее доступными инструментами, но у нас есть возможность зафиксировать ее взаимодействие с обычной материей, такой как звезды и галактики.
Например, галактики вращаются намного быстрее, чем должны были бы, если бы на них гравитационно влияла только видимая материя. Кроме этого, гравитационное линзирование — искривление пространства-времени вокруг массивных объектов — намного сильнее, чем должно быть. Нечто создает дополнительную гравитацию, которую невозможно обнаружить напрямую.
Получается, что мы знаем о существовании темной материи только по гравитационному воздействию на другие объекты… звучит знакомо? Если, например, в случае с активным галактическим ядром, таким как самая фотогеничная сверхмассивная черная дыра во Вселенной, M87 * (ее масса в 6,5 миллиарда раз больше массы Солнца), нет никаких сомнений, что перед нами за объект, то вот с объектом Стрелец A* нет такой однозначности.
Команда исследователей предполагает, что при превышении критической массы сгусток темной материи может гравитационно коллапсировать в сверхмассивную черную дыру. Это, между прочим, могло бы объяснить, как вообще появляются сверхмассивные черные дыры поскольку мы понятия не имеем, как они становятся такими большими — и уж точно не знаем, сколько из них появилось в ранней Вселенной.
Считается, что примерно 80 процентов материи во Вселенной — это темная материя, которая гравитационно взаимодействует с видимой материей. Такой глобальный эффект невозможно объяснить черными дырами и сверхмассивными черными дырами. Будем надеяться, что будущие исследования смогут приблизить нас к истине.
Статья была принята в MNRAS Letters и в настоящее время доступна на сервере препринтов arXiv.
