Centrální černá díra Mléčné dráhy může být kompaktní objekt z temné hmoty

Po celá desetiletí byly pohyby hvězd v blízkosti středu naší Galaxie považovány za jeden z nejjasnějších důkazů existence supermasivní černé díry. Valentina Crespiová z Institutu astrofyziky La Plata a její kolegové však naznačují, že radikálně odlišný druh kompaktního objektu – složený ze samogravitující fermionové temné hmoty – by mohl reprodukovat stejné pohyby hvězd.

Podle hlavní teorie je Sagittarius A* – navrhovaná supermasivní černá díra v srdci naší Galaxie – zodpovědná za pozorované oběžné dráhy skupiny hvězd, známých jako S-hvězdy, které obíhají obrovskými rychlostmi až několik tisíc kilometrů za sekundu.

Crespiová a spoluautoři místo toho předložili alternativní myšlenku – že specifický typ temné hmoty tvořené fermiony neboli lehkými subatomárními částicemi může vytvořit jedinečnou kosmickou strukturu, která také odpovídá tomu, co víme o jádru Mléčné dráhy. Teoreticky by to vytvořilo superhusté, kompaktní jádro obklopené rozsáhlým, difúzním halo, které by dohromady fungovalo jako jeden sjednocený celek.

Vnitřní jádro Mléčné dráhy by bylo tak kompaktní a masivní, že by mohlo napodobovat gravitační sílu černé díry a vysvětlovat oběžné dráhy hvězd typu S, které byly pozorovány v předchozích studiích, a také oběžné dráhy prachem zahalených objektů známých jako zdroje G, které se také nacházejí poblíž.

Pro nový výzkum mají zvláštní význam nejnovější data z mise Gaia DR3 (Data Release 3) Evropské kosmické agentury (ESA), která pečlivě zmapovala rotační křivku vnějšího halo Mléčné dráhy a ukázala, jak hvězdy a plyn obíhají daleko od jejího středu.

Bylo pozorováno zpomalení rotační křivky naší Galaxie, známé jako Keplerovský pokles (Keplerian decline), který lze vysvětlit vnějším halo modelu temné hmoty v kombinaci s tradičními složkami běžné hmoty, jako je disk a výduť. To posiluje fermionový model tím, že zdůrazňuje klíčový strukturální rozdíl.

Zatímco tradiční halo studené temné hmoty se rozprostírá podle „mocninného zákona“, fermionový model předpovídá těsnější strukturu, což vede ke kompaktnějšímu ohonu halo.

„Toto je poprvé, co model temné hmoty úspěšně překlenul tato značně odlišná měřítka a různé oběžné dráhy objektů, včetně moderních rotačních křivek a dat o centrálních hvězdách,“ řekl Carlos Argüelles, rovněž z Institutu astrofyziky La Plata. „Nejenže nahrazujeme černou díru temným objektem; navrhujeme, že supermasivní centrální objekt a halo temné hmoty Galaxie jsou dva projevy téže spojité substance.“

Rozhodující je, že fermionový model temné hmoty již prošel významným testem. Studie z roku 2024 ukázala, že když akreční disk osvětlí tato hustá jádra temné hmoty, vrhají stín podobný útvaru, který je nápadně podobný tomu, který byl pozorován v rámci projektu Event Horizon Telescope (EHT) při pozorování zdroje Sagittarius A*.

„Toto je klíčový bod. Náš model nejen vysvětluje oběžné dráhy hvězd a rotaci Galaxie, ale je také v souladu se slavným snímkem ‚stínu černé díry‘,“ řekla Crespiová. „Husté jádro temné hmoty může napodobovat stín, protože tak silně zakřivuje světlo a vytváří centrální temnotu obklopenou jasným prstencem.“

Astronomové statisticky porovnali svůj fermionový model temné hmoty s tradičním modelem supermasivní černé díry. Zjistili, že ačkoliv současná data o vnitřních hvězdách zatím nedokážou jednoznačně rozlišit mezi těmito dvěma scénáři, model temné hmoty poskytuje jednotný rámec, který vysvětluje galaktické centrum (centrální hvězdy a stín) a Galaxii jako celek.

„Přesnější data z přístrojů, jako je interferometr GRAVITY na dalekohledu ESO Very Large Telescope v Chile, a hledání unikátního podpisu fotonových prstenců – klíčového rysu černých děr, který chybí ve scénáři s jádrem temné hmoty – budou klíčové pro ověření předpovědi tohoto nového modelu,“ uvedli autoři. „Výsledky těchto zjištění by mohly potenciálně změnit naše chápání základní podstaty kosmického giganta v srdci Mléčné dráhy.“

Práce týmu byla zveřejněna v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Zdroj: https://www.sci.news/astronomy/milky-ways-compact-object-fermionic-dark-matter-14537.html

autor: František Martinek