Od dekad standardowy obraz mówi, że w centrum Drogi Mlecznej znajduje się supermasywna czarna dziura Sagittarius A*, o masie około 4 milionów Słońc, odpowiedzialna za ruch gwiazd gromady S. Nowe badanie opublikowane w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society proponuje jednak alternatywę: supermasywny, zwarty obiekt złożony z fermionowej ciemnej materii, tworzący gęste jądro i otaczające je halo. Taka konfiguracja – pozbawiona horyzontu zdarzeń – jest w stanie odtworzyć relatywistyczne efekty widoczne w ruchu gwiazdy S2 oraz zakurzonych obiektów typu G, które krążą w odległości ułamków parseka od centrum Galaktyki.
Źródło: Valentina Crespi i wsp. Rodzaj licencji: Uznanie autorstwa (CC BY 4.0)
Co szczególnie istotne z punktu widzenia struktury Drogi Mlecznej, ten sam model ciemnej materii reprodukuje krzywą rotacji halo galaktycznego przy użyciu najnowszych danych GAIA DR3, łącząc skalę miliparseków w jądrze z dziesiątkami kiloparseków na obrzeżach.
Co dokładnie zrobili autorzy badania?
S2, obiekty G i statystyczne porównanie modeli
Zespół kierowany przez Valentinę Crespi przeanalizował orbitę najlepiej poznanej gwiazdy S2 oraz pięciu obiektów typu G (G2–G6), wykorzystując ich astrometrię i prędkości radialne jako sondę potencjału grawitacyjnego w centrum Galaktyki. Porównano trzy scenariusze: klasyczną czarną dziurę oraz dwa warianty modelu RAR – fermionowej ciemnej materii o masach cząstek 56 keV i 300 keV, dla których numerycznie wyznaczono geometrię czasoprzestrzeni i tory testowych cząstek.
Parametry orbitalne i parametry modelu ciemnej materii estymowano metodą MCMC w ramach analizy bayesowskiej, a jakość dopasowania oceniano za pomocą współczynników Bayesa. Okazało się, że zarówno scenariusz czarnej dziury, jak i konfiguracje fermionowej ciemnej materii odtwarzają orbitę S2 z dokładnością lepszą niż 1% w zakresie parametrów orbitalnych i masy zawartej wewnątrz perycentrum, co oznacza, że obecne dane nie rozstrzygają, który model jest poprawny.
Jedna struktura: gęste jądro i galaktyczne halo
W modelu RAR supergęste jądro ciemnej materii jest najgłębszą częścią większej, ciągłej struktury: rozciągłego halo, które odpowiada za masę zawartą w promieniach około 12 i 40 kiloparseków, zgodnie z obserwowaną krzywą rotacji Drogi Mlecznej. Autorzy podkreślają, że w tym ujęciu supermasywny obiekt w centrum i galaktyczne halo nie są dwoma odrębnymi składnikami, lecz dwiema manifestacjami tej samej, fermionowej ciemnej materii o rdzeniowo–halowej strukturze.
Cień jak u Sgr A* bez horyzontu zdarzeń?
Wcześniejsze prace pokazują, że gęste jądra fermionowej ciemnej materii, oświetlone przez dysk akrecyjny, mogą wytworzyć cień bardzo podobny do tego, który zobrazowała współpraca Teleskopu Horyzontu Zdarzeń dla Sagittarius A*. Silne zagięcie promieni światła w pobliżu takiego jądra prowadzi do powstania centralnego przyciemnienia otoczonego jasnym pierścieniem, co tradycyjnie uważano za sygnaturę horyzontu zdarzeń czarnej dziury.
Nowa praca pokazuje więc, że model fermionowej ciemnej materii może jednocześnie wyjaśnić: ruch gwiazd S i obiektów G, strukturę halo galaktycznego oraz obraz cienia w centrum, oferując spójne, alternatywne wobec klasycznej czarnej dziury wyjaśnienie natury Sgr A*.
Co mogą przynieść przyszłe obserwacje?
Autorzy podkreślają, że obecne obserwacje nie pozwalają jeszcze statystycznie odróżnić scenariusza czarnej dziury od supergęstego jądra ciemnej materii – wymagane są dokładniejsze dane dla gwiazd jeszcze bliższych centrum. Kluczową rolę odegra interferometr GRAVITY na VLT, który już istotnie poprawił dokładność astrometrii w pobliżu perycentrum S2, a także poszukiwania charakterystycznych pierścieni fotonowych, oczekiwanych dla czarnych dziur, a nieobecnych w scenariuszu fermionowego jądra.
Jeśli kolejne kampanie obserwacyjne potwierdzą przewidywania modelu RAR, będziemy musieli zrewidować nasze rozumienie tego, czym są najbardziej supermasywne obiekty we Wszechświecie – być może w wielu jądrach galaktyk wcale nie kryją się klasyczne czarne dziury, lecz ekstremalnie gęste skupiska ciemnej materii.
Źródła:
– Crespi V. i in., „The dynamics of S-stars and G-sources orbiting a supermassive compact object made of fermionic dark matter”, MNRAS, 546, 1 (2026), doi:10.1093/mnras/staf1854
– Royal Astronomical Society – komunikat prasowy „Dark matter, not a black hole, could power Milky Way’s heart”
Opracowanie: Agnieszka Nowak
