Νέα μελέτη ανατρέπει κοσμολογικά δεδομένα και σταθερές δεκαετιών.
Αστρονόμοι υποστηρίζουν ότι ο γαλαξίας μας ίσως τελικά δεν περιέχει μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του. Αντί γι’ αυτό ο πυρήνας του θα μπορούσε να κυριαρχείται από μια τεράστια συγκέντρωση σκοτεινής ύλης που παράγει τα ίδια ισχυρά βαρυτικά φαινόμενα ξεγελώντας την επιστημονική κοινότητα.
Η σκοτεινή ύλη που σύμφωνα με την κρατούσα θεωρία αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της συνολικής μάζας του Σύμπαντος ενδέχεται να εξηγεί ταυτόχρονα δύο πολύ διαφορετικές παρατηρήσεις. Κοντά στο κέντρο του γαλαξία τα άστρα κινούνται σε γρήγορες και χαοτικές τροχιές σε αποστάσεις λίγων ωρών φωτός από τον πυρήνα. Πιο μακριά τα άστρα και το αέριο περιστρέφονται πιο ομαλά στις τεράστιες εξωτερικές περιοχές του γαλαξία.
Για δεκαετίες οι επιστήμονες θεωρούν ότι στο κέντρο του γαλαξία μας βρίσκεται μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα που εκτιμάται ότι έχει μάζα περίπου 4 εκατ. φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου έχει λάβει την ονομασία Τοξότης Α*. Αυτή η μαύρη τρύπα θεωρείται υπεύθυνη για τις ακραίες τροχιές μιας ομάδας άστρων γνωστών ως άστρα S. Αυτά τα άστρα κινούνται γύρω από το γαλαξιακό κέντρο με ταχύτητες που φτάνουν αρκετές χιλιάδες χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο.
Η νέα μελέτη αμφισβητεί αυτή την ερμηνεία. Η ερευνητική ομάδα προτείνει ότι μια συγκεκριμένη μορφή σκοτεινής ύλης που αποτελείται από φερμιόνια, δηλαδή ελαφρά υποατομικά σωματίδια, θα μπορούσε να σχηματίζει μια ασυνήθιστη κοσμική δομή που ταιριάζει με όσα παρατηρούν οι αστρονόμοι στον πυρήνα του γαλαξία μας.
Σύμφωνα με το μοντέλο αυτή η φερμιονική σκοτεινή ύλη θα σχημάτιζε φυσικά έναν πολύ πυκνό και συμπαγή κεντρικό πυρήνα ο οποίος θα περιβαλλόταν από ένα πολύ μεγαλύτερο και πιο αραιό φωτοστέφανο (άλως). Μαζί ο πυρήνας και η άλως θα λειτουργούσαν ως ένα ενιαίο συνεχές σύστημα.
Ο εσωτερικός πυρήνας θα ήταν αρκετά μαζικός και συγκεντρωμένος ώστε να μιμείται σε μεγάλο βαθμό τη βαρύτητα μιας μαύρης τρύπας. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει όχι μόνο τις τροχιές των άστρων S αλλά και την κίνηση κοντινών αντικειμένων καλυμμένων με σκόνη, γνωστών ως πηγές G, που περιφέρονται κοντά στο γαλαξιακό κέντρο.
Οι ενδείξεις
Ένα βασικό στοιχείο προέρχεται από νέες παρατηρήσεις της αποστολής GAIA DR3 της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος. Η έρευνα αυτή χαρτογράφησε με μεγάλη ακρίβεια την κίνηση άστρων και αερίου στο εξωτερικό άλω του Γαλαξία, αποκαλύπτοντας με πρωτοφανή λεπτομέρεια την καμπύλη περιστροφής του.
Τα δεδομένα δείχνουν επιβράδυνση των τροχιακών ταχυτήτων σε μεγάλες αποστάσεις από το κέντρο, ένα μοτίβο γνωστό ως Κεπλέρεια πτώση. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι αυτή η συμπεριφορά συμφωνεί με τις προβλέψεις για μια άλω σκοτεινής ύλης στο μοντέλο του, όταν συνδυάζεται με τη γνωστή μάζα του γαλαξιακού δίσκου και της διόγκωσης στο γαλαξιακό κέντρο.
Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι αυτό ενισχύει την εξήγηση της φερμιονικής σκοτεινής ύλης. Τα καθιερωμένα μοντέλα ψυχρής σκοτεινής ύλης προβλέπουν άλω που εκτείνονται προς τα έξω με μακριά ουρά νόμου δύναμης. Αντίθετα, το φερμιονικό μοντέλο παράγει ένα πιο συμπαγές άλω με πιο σαφή εξωτερικά όρια.
Διεθνής συνεργασία
Η έρευνα πραγματοποιήθηκε από επιστήμονες διαφόρων χωρών μεταξύ των οποίων το Ινστιτούτο Αστροφυσικής La Plata στην Αργεντινή, το International Centre for Relativistic Astrophysics Network και το Εθνικό Ινστιτούτο Αστροφυσικής στην Ιταλία, η Ομάδα Έρευνας Σχετικότητας και Βαρύτητας στην Κολομβία και το Ινστιτούτο Φυσικής του Πανεπιστημίου της Κολωνίας στη Γερμανία.
«Είναι η πρώτη φορά που ένα μοντέλο σκοτεινής ύλης γεφυρώνει με επιτυχία τόσο διαφορετικές κλίμακες και ποικίλες τροχιές αντικειμένων, συμπεριλαμβανομένων των σύγχρονων δεδομένων για την καμπύλη περιστροφής και τα κεντρικά άστρα. Δεν αντικαθιστούμε απλώς τη μαύρη τρύπα με ένα σκοτεινό αντικείμενο. Προτείνουμε ότι το υπερμεγέθες κεντρικό αντικείμενο και το άλω σκοτεινής ύλης του γαλαξία είναι δύο εκδηλώσεις της ίδιας, συνεχούς ουσίας» δήλωσε ο συν συγγραφέας της μελέτης Δρ. Κάρλος Αργουέλες από το Ινστιτούτο Αστροφυσικής La Plata.
H σκιά της μαύρης τρύπας
Το μοντέλο είχε ήδη ξεπεράσει ένα σημαντικό εμπόδιο. Σε προηγούμενη μελέτη οι ερευνητές έδειξαν ότι όταν ένας δίσκος προσαύξησης φωτίζει αυτούς τους πυκνούς πυρήνες σκοτεινής ύλης προκύπτει ένα χαρακτηριστικό τύπου σκιάς. Μάλιστα αυτή η σκιά μοιάζει πολύ με την εικόνα που κατέγραψε το Event Horizon Telescope για τον Τοξότη Α*.
«Αυτό είναι καθοριστικό σημείο. Το μοντέλο μας δεν εξηγεί μόνο τις τροχιές των άστρων και την περιστροφή του γαλαξία, αλλά είναι επίσης συμβατό με τη διάσημη εικόνα της σκιάς της μαύρης τρύπας. Ο πυκνός πυρήνας σκοτεινής ύλης μπορεί να μιμηθεί τη σκιά επειδή καμπυλώνει το φως τόσο έντονα, δημιουργώντας ένα κεντρικό σκοτεινό σημείο που περιβάλλεται από φωτεινό δακτύλιο» δήλωσε η επικεφαλής συγγραφέας Βαλεντίνα Κρέσπι από το Ινστιτούτο Αστροφυσικής La Plata.
Οι μελλοντικές παρατηρήσεις
Η ομάδα συνέκρινε άμεσα το φερμιονικό μοντέλο σκοτεινής ύλης με την παραδοσιακή εξήγηση της μαύρης τρύπας χρησιμοποιώντας στατιστικές μεθόδους. Παρότι τα υπάρχοντα δεδομένα για τα άστρα κοντά στο κέντρο δεν μπορούν ακόμη να ευνοήσουν ξεκάθαρα το ένα σενάριο έναντι του άλλου, το μοντέλο σκοτεινής ύλης προσφέρει ένα ενιαίο πλαίσιο που εξηγεί τόσο το γαλαξιακό κέντρο όσο και τη συνολική δομή του Γαλαξία.
Μελλοντικές παρατηρήσεις ενδέχεται να λύσουν τη διαμάχη. Πιο ακριβείς μετρήσεις από όργανα όπως το συμβολόμετρο GRAVITY στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο στη Χιλή, καθώς και αναζητήσεις για δακτυλίους φωτονίων, θα μπορούσαν να προσφέρουν καθοριστικές αποδείξεις. Οι δακτύλιοι φωτονίων αναμένονται γύρω από πραγματικές μαύρες τρύπες, αλλά δεν θα εμφανίζονταν στο μοντέλο πυρήνα σκοτεινής ύλης.
Αν επιβεβαιωθούν, τα αποτελέσματα αυτά θα μπορούσαν να αλλάξουν σημαντικά τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες αντιλαμβάνονται το τεράστιο αντικείμενο που διαμορφώνει την καρδιά του γαλαξία μας.
