Sva mjerenja galaktičkog centra do danas u skladu su s postojanjem izuzetno gustog objekta, oko četiri miliona puta masivnijeg od Sunca. Prema novom radu, međutim, ako se posmatra malo pažljivije, svi ti dokazi mogli bi se odnositi i na džinovsku, kompaktnu grudvu fermionske tamne materije, bez horizonta događaja.
Trenutno nemamo dovoljnu posmatračku preciznost da bismo razlikovali ova dva modela. Ipak, ako bi galaktičko jezgro bilo sastavljeno od tamne materije, to bi astronomima dalo novi alat za tumačenje strukture tamne materije u čitavoj galaksiji.
„Mi ne mijenjamo crnu rupu tamnim objektom, već predlažemo da su supermasivni centralni objekat i oreol tamne materije galaksije dvije manifestacije iste, kontinuirane supstance“, objašnjava astrofizičar Karlos Arguelles s Instituta za astrofiziku La Plata u Argentini.
Tamna materija je jedna od najvećih misterija Univerzuma. Naučnici mogu s velikom preciznošću izračunati količinu materije u Univerzumu. Međutim, kada se sve to sabere, ispostavlja se da postoji znatno više gravitacije nego što je obična materija može objasniti.
Šta god da je odgovorno za tu dodatnu gravitaciju, ono ne apsorbira niti emituje svjetlost. Znamo da postoji samo zahvaljujući svom gravitacionom utjecaju. To je tamna materija. Ona je odgovorna za toliko gravitacije da čini otprilike 84 posto ukupne mase Univerzuma.
Način na koji su naučnici potvrdili prisustvo i izmjerili masu masivnog objekta u srcu Mliječnog puta također se zasnivao na gravitaciji, praćenjem dugih, petljastih putanja i promjenjivih brzina brzih zvijezda koje kruže oko galaktičkog centra.
Najjednostavnije objašnjenje te mase, koje podrazumijeva najmanje pretpostavki, jeste da je riječ o supermasivnoj crnoj rupi, nazvanoj Strijelac A*. Godine 2022. slika koju je dobila saradnja Teleskopa horizonta događaja (EHT) čak je izgledala kao da prikazuje „sjenu“ crne rupe.
Ali to nije jedino objašnjenje. Naprimjer, prethodna istraživanja pokazala su da bi akrecioni disk koji blista oko koncentrisane grudve tamne materije potencijalno mogao proizvesti sjenu izuzetno sličnu onoj koju je snimio EHT.
Međunarodni tim, predvođen astrofizičarkom Valentinom Krespi s Instituta za astrofiziku La Plata, želio je ovo proširiti: da li bi posmatrane orbite zvijezda oko Strijelca A* također mogle biti objašnjene jezgrom tamne materije?
Neki modeli tamne materije su razrijeđeni i „magloviti“, ali jedan kandidat dopušta postojanje gustih nakupina, fermionske tamne materije, čestica koje poštuju kvantna pravila koja ih sprečavaju da budu beskonačno sabijene, slično načinu na koji elektroni i neutroni odbijaju da budu zgnječeni ispod određene granice gustine.
Teorijski rezultat je ultragust, gravitaciono stabilan objekat, u principu sličan bijelom patuljku ili neutronskoj zvijezdi, ali sastavljen od fermiona tamne materije, a ne od čestica obične materije.
Postavlja se, onda, pitanje, ako bi takav objekat bio smješten u galaktičkom centru, da li bi postojala razlika u ponašanju zvijezda koje oko njega kruže?
Postoji niz takozvanih S-zvijezda čiji složeni ples oko galaktičkog centra iscrtava gravitacioni potencijal mase unutar njega. Najvažniji od ovih „tragača“ je zvijezda S2, jer ima relativno kratku orbitu od 16 godina, koja je posmatrana i izuzetno detaljno opisana.
Istraživači su modelirali ponašanje S2 i za konvencionalno tumačenje Strijelca A* kao crne rupe i za svoju grudvu fermionske tamne materije.
Oba modela reproducirala su kretanje zvijezde s gotovo identičnim nivoima tačnosti. Dakle, ovo nam ne govori da je Strijelac A* tamna materija. Govori nam da bi mogao biti, ali da trenutno nemamo dovoljno podataka da bismo to razlikovali.
Ipak, postoji još jedna tačka u korist fermionske tamne materije. Mapa Mliječnog puta koju je napravila svemirska letjelica „Gaja“, najsveobuhvatnija do sada, pokazuje da se rotacija galaksije usporava na većim udaljenostima od galaktičkog centra.
Ovaj takozvani Keplerov pad, kažu istraživači, lakše se objašnjava ogromnim, rasprostranjenim oreolom fermionske tamne materije koji obavija Mliječni put nego drugim modelima tamne materije.
„Ovo je prvi put da je jedan model tamne materije uspješno povezao ove veoma različite razmjere i razne orbite objekata, uključujući savremene podatke o rotacionoj krivulji i centralnim zvijezdama“, kaže Arguelles.
Buduća posmatranja mogla bi pomoći u rješavanju fascinantnog pitanja prave prirode Strijelca A*. Naprimjer, dugotrajna posmatranja mogla bi otkriti sitne karakteristike orbita zvijezda koje bi prevagnule objašnjenje u jednom ili drugom pravcu. Zvijezde koje kruže bliže Strijelcu A* nego S2 također mogu sadržavati važne tragove.
Pored toga, buduća posmatranja Teleskopom horizonta događaja mogla bi otkriti finije detalje regije savijanja svjetlosti oko Strijelca A*. Određene karakteristike povezane s ekstremnom gravitacijom crne rupe, poput jasno definisanog fotonskog prstena, mogle bi izostati ili biti izmijenjene ako bi centralni objekat umjesto toga bio jezgro tamne materije bez horizonta.