Paukščių Tako šerdyje, nekyla abejonių, slypi milžiniškas objektas. Vis dėlto naujas tyrimas kelia klausimą, ar supermasyvi juodoji skylė yra vienintelis galimas paaiškinimas.
Iki šiol galaktikos centro matavimai gerai dera su modeliu, pagal kurį ten yra itin tankus objektas, maždaug 4 milijonus kartų masyvesnis už Saulę. Tačiau naujausiame darbe teigiama, kad atidžiau įvertinus tuos pačius duomenis paaiškėja: jie taip pat gali būti suderinami su milžinišku, ypač kompaktišku fermioninės tamsiosios materijos telkiniu, neturinčiu įvykių horizonto.
Kol kas astronomams trūksta pakankamai tikslių stebėjimų, kad būtų galima vienareikšmiškai atskirti šiuos du modelius. Vis dėlto, jei galaktikos branduolį iš tiesų sudarytų tamsioji materija, tai suteiktų naują būdą aiškinantis tamsiosios materijos pasiskirstymą visame Paukščių Take.
„Mes ne šiaip pakeičiame juodąją skylę tamsiu objektu. Siūlome, kad supermasyvus centrinis objektas ir galaktikos tamsiosios materijos halas yra dvi to paties, ištisinio darinio išraiškos“, – aiškina astrofizikas Carlosas Argüellesas iš La Platos astrofizikos instituto Argentinoje.
Tamsioji materija – viena didžiausių Visatos mįslių. Mokslininkai gana tiksliai gali apskaičiuoti įprastos (barioninės) medžiagos kiekį Visatoje, tačiau sudėjus visą žinomą materiją vis tiek „pritrūksta“ gravitacijos. Tai rodo, kad egzistuoja dar kažkas, sukuriantis didelę papildomą gravitacinę trauką.
Šis nežinomas komponentas nei sugeria, nei skleidžia šviesos, todėl apie jo egzistavimą sprendžiame tik iš gravitacinio poveikio. Būtent tai ir vadiname tamsiąja materija. Manoma, kad ji sudaro apie 84 procentus visos Visatos materijos.
Paukščių Tako centre esančio masyvaus objekto buvimas ir masė taip pat nustatyti remiantis gravitacija: stebint dideliu greičiu skriejančių žvaigždžių orbitas, jų sudėtingus trajektorijų vingius ir greičio pokyčius aplink galaktikos centrą.
Šiuo metu paprasčiausias ir mažiausiai prielaidų reikalaujantis paaiškinimas – kad galaktikos šerdyje yra supermasyvi juodoji skylė, vadinama Sagittarius A* (Sgr A*). 2022 m. „Event Horizon Telescope“ komanda paskelbė vaizdą, kuriame užfiksuotas vadinamasis juodosios skylės „šešėlis“.
Vis dėlto tai nėra vienintelė įmanoma interpretacija. Ankstesni teoriniai darbai rodė, kad įkaitęs, ryškiai švytintis dujų ir dulkių akrecinis diskas aplink kompaktišką tamsiosios materijos telkinį taip pat galėtų suformuoti šešėlį, labai panašų į tą, kurį matome „Event Horizon Telescope“ nuotraukose.
Tarptautinė mokslininkų komanda, vadovaujama astrofizikės Valentinos Crespi iš La Platos astrofizikos instituto, nusprendė žengti dar toliau ir patikrinti, ar stebimos žvaigždžių orbitos aplink Sgr A* gali būti paaiškintos tamsiosios materijos šerdies modeliu.
Ne visi tamsiosios materijos modeliai numato, kad ji gali formuoti tankius telkinius. Kai kurie teigia, jog tamsioji materija yra gana išskydusi ir tolygiau pasiskirsčiusi. Tačiau yra ir kandidatų, leidžiančių susidaryti itin tankiems dariniams, pavyzdžiui, fermioninės tamsiosios materijos modeliai. Fermionai paklūsta kvantinės mechanikos taisyklėms, kurios neleidžia jų „begaliniai suspausti“. Panašiai elgiasi elektronai ar neutronai: pasiekus tam tikrą tankio slenkstį jie nebesileidžia sutrombuojami į vis mažesnį tūrį.
Teoriškai tokia sistema gali sudaryti labai tankų, gravitaciškai stabilų telkinį, primenantį baltąją nykštukę ar neutroninę žvaigždę, tik sudarytą ne iš įprastų dalelių, o iš tamsiosios materijos fermionų.
Natūraliai kyla klausimas: jeigu toks objektas iš tiesų būtų Paukščių Tako centre, ar žvaigždžių orbitos aplink jį elgtųsi kitaip nei aplink juodąją skylę?
Paukščių Tako šerdyje yra vadinamųjų S žvaigždžių grupė. Jų sudėtinga „šokio“ dinamika atspindi ten esančios masės gravitacinį potencialą. Svarbiausia iš jų – žvaigždė S2. Jos orbitos periodas palyginti trumpas, vos 16 metų, todėl S2 judėjimas stebėtas ir išmatuotas itin tiksliai, o sukaupti duomenys yra išsamūs.
Tyrėjai sumodeliavo S2 elgesį dviem atvejais: darant prielaidą, kad Sgr A* yra įprasta supermasyvi juodoji skylė, ir laikant, kad galaktikos centre glūdi kompaktiškas fermioninės tamsiosios materijos telkinys.
Abu modeliai žvaigždės judėjimą atkartodavo beveik vienodai tiksliai. Tai nereiškia, kad Sgr A* būtinai yra tamsiosios materijos telkinys, tačiau rodo, jog tokia galimybė visiškai suderinama su dabartiniais stebėjimais. Šiandien turimi duomenys tiesiog dar per neinformatyvūs, kad leistų vienareikšmiškai atmesti kurią nors versiją.
Vis dėlto fermioninės tamsiosios materijos modelis turi ir papildomų privalumų. Europos kosminio teleskopo „Gaia“ sudarytas Paukščių Tako žvaigždžių pasiskirstymo ir judėjimo žemėlapis, kol kas išsamiausias, parodė, kad galaktikos sukimosi greitis didesniais atstumais nuo centro ima mažėti. Šį vadinamąjį Keplerio tipo greičio mažėjimą lengviau paaiškinti prielaida, kad Paukščių Taką gaubia milžiniškas, išsiplėtęs fermioninės tamsiosios materijos halas, nei kai kuriais kitais tamsiosios materijos modeliais.
„Tai pirmas kartas, kai tamsiosios materijos modelis sėkmingai sujungia tokias skirtingas skales – nuo centrinio objekto iki visos galaktikos – ir geba paaiškinti tiek sukimosi kreivės duomenis, tiek žvaigždžių orbitas prie pat centro“, – pabrėžia Argüellesas.
Ateities stebėjimai gali padėti išnarplioti intriguojančią Sagittarius A* prigimties mįslę. Ilgalaikiai žvaigždžių judėjimo matavimai gali atskleisti subtilius orbitų požymius, kurie leistų palenkti svarstykles į vieną ar kitą pusę. Ypač svarbūs bus duomenys apie žvaigždes, skriejančias dar arčiau centro nei S2, nes jų elgesys gali būti itin jautrus centrinio objekto fizinėms savybėms.
Be to, būsimi „Event Horizon Telescope“ stebėjimai gali atskleisti smulkesnes šviesos iškraipymų detales aplink Sgr A*. Kai kurie požymiai, būdingi ekstremaliai juodosios skylės gravitacijai, pavyzdžiui, aiškiai apibrėžtas fotonų žiedas, galėtų būti pakitę arba visai nepasireikšti, jei galaktikos šerdyje būtų ne juodoji skylė, o be horizonto egzistuojantis tamsiosios materijos branduolys.
