Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι κάτι τεράστιο κρύβεται στην καρδιά του Γαλαξία μας, αλλά νέα μελέτη διερωτάται αν μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα είναι η μόνη πιθανή εξήγηση.
Όλες οι μετρήσεις που έχουν ληφθεί μέχρι σήμερα από το γαλαξιακό κέντρο συμφωνούν με ένα εξαιρετικά πυκνό αντικείμενο, περίπου 4.000.000 φορές μεγαλύτερο από τον Ήλιο. Σύμφωνα με τη νέα εργασία, όμως, αν μισοκλείσετε τα μάτια σας έστω και λίγο, όλα αυτά τα στοιχεία μπορούν επίσης να εφαρμοστούν σε μια γιγάντια, συμπαγή μάζα φερμιονικής σκοτεινής ύλης χωρίς ορίζοντα γεγονότων.
Προς το παρόν δεν έχουμε την παρατηρησιακή ακρίβεια για να διακρίνουμε τη διαφορά μεταξύ αυτών των δύο μοντέλων. Ωστόσο, η σύνθεση της σκοτεινής ύλης του γαλαξιακού πυρήνα θα έδινε στους αστρονόμους ένα νέο εργαλείο για την ερμηνεία της δομής της σκοτεινής ύλης ολόκληρου του Γαλαξία.
«Δεν αντικαθιστούμε απλώς τη μαύρη τρύπα με ένα σκοτεινό αντικείμενο. Προτείνουμε ότι το υπερμέγεθες κεντρικό αντικείμενο και η άλως της σκοτεινής ύλης του Γαλαξία είναι δύο εκδηλώσεις της ίδιας, συνεχούς ουσίας», εξηγεί ο αστροφυσικός Κάρλος Αργκουέλες του Ινστιτούτου Αστροφυσικής Λα Πλάτα στην Αργεντινή.
Η σκοτεινή ύλη είναι ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του Σύμπαντος. Οι επιστήμονες μπορούν να υπολογίσουν την ποσότητα της κανονικής ύλης στο Σύμπαν με μεγάλη ακρίβεια. Ωστόσο, μόλις όλα αυτά υπολογιστούν, υπάρχει στην πραγματικότητα δραματικά περισσότερη βαρύτητα από όση μπορεί να εξηγήσει.
Ό,τι κι αν ευθύνεται για όλη αυτή την επιπλέον βαρύτητα, δεν απορροφά ούτε εκπέμπει φως. Γνωρίζουμε ότι υπάρχει μόνο λόγω της βαρυτικής της επιρροής. Αυτή είναι η σκοτεινή ύλη. Και είναι υπεύθυνη για τόσο μεγάλη βαρύτητα που αποτελεί περίπου το 84% του συνολικού όγκου ύλης του Σύμπαντος.
Ο τρόπος με τον οποίο οι επιστήμονες επιβεβαίωσαν την παρουσία και μέτρησαν τη μάζα ενός τεράστιου αντικειμένου στην καρδιά του Γαλαξία μας περιλάμβανε επίσης τη βαρύτητα, εντοπίζοντας τις μακριές, κυκλικές τροχιές και τις μεταβαλλόμενες ταχύτητες των αστέρων υψηλής ταχύτητας που περιστρέφονται γύρω από το γαλαξιακό κέντρο.
Η πιο σαφής εξήγηση γι’ αυτήν τη μάζα, η οποία περιλαμβάνει τις λιγότερες υποθέσεις, είναι ότι πρόκειται για μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα, που ονομάζεται Τοξότης A* (Sgr A*). Το 2022 μια εικόνα που ελήφθη από τη συνεργασία του Τηλεσκοπίου Ορίζοντα Γεγονότων (EHT) φάνηκε να δείχνει ακόμη και τη «σκιά» της μαύρης τρύπας.
Αλλά δεν είναι η μόνη εξήγηση. Για παράδειγμα, προηγούμενη έρευνα έδειξε ότι ένας δίσκος συσσώρευσης που φλέγεται γύρω από μια συμπυκνωμένη μάζα σκοτεινής ύλης θα μπορούσε ενδεχομένως να παράγει μια σκιά αξιοσημείωτα παρόμοια με αυτήν που τράβηξε το EHT.
Με επικεφαλής την αστροφυσικό, Βαλεντίνα Κρέσπι, του Ινστιτούτου Αστροφυσικής της Λα Πλάτα, μια διεθνής ομάδα ήθελε να επεκτείνει περαιτέρω το ζήτημα: θα μπορούσαν οι παρατηρούμενες τροχιές των αστεριών γύρω από τον Τοξότη Α* να εξηγηθούν και από έναν πυρήνα σκοτεινής ύλης;
Ορισμένα μοντέλα σκοτεινής ύλης είναι λεπτά και διάχυτα, αλλά ένα υποψήφιο μοντέλο επιτρέπει την ύπαρξη πυκνών συστάδων – φερμιονικών σκοτεινών υλικών σωματιδίων τα οποία υπακούουν σε κβαντικούς κανόνες που τα εμποδίζουν να συμπιεστούν άπειρα, παρόμοια με τον τρόπο με τον οποίο τα ηλεκτρόνια και τα νετρόνια αρνούνται να συγκεντρωθούν κάτω από ένα ορισμένο όριο πυκνότητας.
Το θεωρητικό αποτέλεσμα είναι μια υπερπυκνή, βαρυτικά σταθερή, μάζα παρόμοια με έναν λευκό νάνο ή αστέρα νετρονίων κατ’ αρχήν, αλλά φτιαγμένη από φερμιόνια σκοτεινής ύλης αντί για κανονικά σωματίδια ύλης.
Το ερώτημα που προκύπτει τότε είναι: αν ένα τέτοιο αντικείμενο βρισκόταν στο γαλαξιακό κέντρο, θα υπήρχε κάποια διαφορά στον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρονται τα άστρα που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον Γαλαξία;
Βαρυτικό δυναμικό
Υπάρχουν ορισμένα από αυτά που ονομάζουμε αστέρια S, των οποίων ο περίπλοκος χορός γύρω από το γαλαξιακό κέντρο ανιχνεύει το βαρυτικό δυναμικό της μάζας που υπάρχει σε αυτό. Ο πιο σημαντικός από αυτούς τους ιχνηλάτες είναι ένα αστέρι το οποίο ονομάζεται S2, επειδή έχει μια σχετικά σύντομη τροχιά 16 ετών που έχει παρατηρηθεί και χαρακτηριστεί με εξαιρετική λεπτομέρεια.
Οι ερευνητές μοντελοποίησαν τη συμπεριφορά του S2, τόσο για μια συμβατική ερμηνεία της μαύρης τρύπας του Sgr A* όσο και για τη φερμιονική κηλίδα σκοτεινής ύλης.
Και τα δύο μοντέλα αναπαρήγαγαν την κίνηση του αστεριού με σχεδόν πανομοιότυπα επίπεδα ακρίβειας. Επομένως, αυτό δεν μας λέει ότι ο Τοξότης A* είναι σκοτεινή ύλη. Μας λέει, όμως, ότι θα μπορούσε να είναι, αλλά δεν έχουμε επαρκή δεδομένα για να μπορέσουμε να το πούμε σε αυτό το σημείο.
Ωστόσο, υπάρχει ένα άλλο σημείο υπέρ της φερμιονικής σκοτεινής ύλης. Ο χάρτης του Γαλαξία από το διαστημόπλοιο «Gaia» (ο πιο ολοκληρωμένος μέχρι σήμερα) δείχνει ότι η περιστροφή του Γαλαξία επιβραδύνεται σε μεγαλύτερες αποστάσεις από το γαλαξιακό κέντρο.
Αυτή η λεγόμενη Κεπλεριανή παρακμή εξηγείται ευκολότερα από ένα τεράστιο, εκτεταμένο φωτοστέφανο φερμιονικής σκοτεινής ύλης που περιβάλλει τον Γαλαξία μας παρά από άλλα μοντέλα σκοτεινής ύλης, λένε οι ερευνητές.
«Αυτή είναι η πρώτη φορά που ένα μοντέλο σκοτεινής ύλης γεφυρώνει με επιτυχία αυτές τις εντελώς διαφορετικές κλίμακες και τις διάφορες τροχιές αντικειμένων, συμπεριλαμβανομένης της σύγχρονης καμπύλης περιστροφής και των δεδομένων από τα κεντρικά αστέρια», λέει ο Αργκουέλες.
Μελλοντικές παρατηρήσεις θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην επίλυση του συναρπαστικού ερωτήματος της πραγματικής φύσης του Sgr A*. Για παράδειγμα, οι μακροπρόθεσμες παρατηρήσεις μπορεί να αποκαλύψουν μικρά χαρακτηριστικά των αστρικών τροχιών που γέρνουν την εξήγηση προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση. Τα αστέρια που βρίσκονται σε τροχιά πιο κοντά στον Sgr A* από το S2 μπορεί επίσης να περιέχουν ενδείξεις.
Επιπλέον, μελλοντικές παρατηρήσεις με το Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων (Event Horizon Telescope) ενδέχεται να αποκαλύψουν λεπτομέρειες της περιοχής κάμψης του φωτός γύρω από τον Sgr A*. Ορισμένα χαρακτηριστικά που σχετίζονται με την ακραία βαρύτητα μιας μαύρης τρύπας (όπως ένας καλά καθορισμένος δακτύλιος φωτονίων) θα μπορούσαν να απουσιάζουν ή να αλλοιώνονται εάν το κεντρικό αντικείμενο ήταν αντ’ αυτού ένας πυρήνας σκοτεινής ύλης χωρίς ορίζοντα.
ΑΠΟ ΤΟΝ Μισέλ Σταρ-Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο «Monthly Notices» της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας
Πηγή: sciencealert/space
Εφημερίδα Απογευματινή
