Kanske är det mörk materia och inte ett svart hål i centrum av Vintergatan.

 

Bild https://www.ras.ac.uk/ Konstnärs tolkning av Vintergatan, där de innersta stjärnorna rör sig med nästan relativistiska hastigheter (definierade som hastigheter som utgör en betydande del av ljusets hastighet, vanligtvis  till 10 % eller mer) runt en tät kärna av mörk materia utan något svart hål i centrum. På större avstånd fortsätter halo-delen av samma osynliga mörka materia-fördelning att forma stjärnornas rörelser i galaxens utkanter och följer den karakteristiska rotationskurvan. Credit Valentina Crespi med flera. Licenstyp Attribution (CC BY 4.0)

Vintergatan har kanske inte ett supermassivt svart hål i sitt centrum som vi tror utan snarare en enorm klump av mörk materia som utövar samma gravitationsmässiga inflytande, beskriver ett team av internationella astronomer.

De tror att mörk materia som utgör större delen av universums massa kan förklara både den våldsamma rörelsen av stjärnor  bort från galaxens centrum och den mjuka, storskaliga rotationen av  materia i utkanten av Vintergatan kan förklaras av mörk materia.

Den utmanar den ledande teorin att Skytten A* (Sgr A*),  är ett  svart hål i hjärtat av vår galax och är ansvarigt för de observerade banorna för en grupp stjärnor, kända som S-stjärnorna, som snurrar runt i enorma hastigheter på upp till några tusen kilometer per sekund i centrum.

Det internationella forskarteamet har istället lagt fram en alternativ  teori att en specifik typ av mörk materia bestående av fermioner  lätta subatomära partiklar, kan skapa en unik kosmisk struktur som kan förklara vad som sker i  Vintergatans kärna.

I teorin skulle fermionerna skapa en supertät, kompakt kärna omgiven av en enorm, diffus halo, som tillsammans skulle fungera som en enda, enhetlig enhet.

Den inre kärnan skulle vara så kompakt och massiv att den skulle kunna efterlikna gravitationskraften hos ett svart hål och förklara banorna för S-stjärnor som observerats i tidigare studier, liksom banorna för de dammiga objekt kända som G-källor och som också finns i närheten.

Särskilt viktig för den nya forskningen är de senaste uppgifterna från Europeiska rymdorganisationens GAIA DR3-uppdrag, som noggrant har kartlagt rotationskurvan för Vintergatans yttre gloria och visat hur stjärnor och gas kretsar långt från centrum.

Den observerade en avmattning av galaxens rotationskurva, känd som Keplerian-nedgången, vilket forskarna säger kan förklaras av deras mörka materie-modells yttre halo när den kombineras med de traditionella skiv- och galactic bulge i vanlig materia.

Detta, tillägger forskarna, stärker den 'fermioniska' modellen genom att lyfta fram en viktig strukturell skillnad. Medan traditionella kalla mörka materie-halos sprider sig efter en förlängd 'power law'-tail, förutspår den fermioniska modellen en tätare struktur, vilket leder till mer kompakta halo-svansar.

Forskningen har genomförts genom ett internationellt samarbete mellan Institutet för astrofysik La Plata i Argentina, International Centre for Relativistic Astrophysics Network och National Institute for Astrophysics i Italien, Relativity and Gravitation Research Group i Colombia samt Institute of Physics, University of Cologne i Tyskland.

"Detta är första gången en mörk materia-modell framgångsrikt har överbryggat dessa mycket olika skalor och olika objektbanor, inklusive data om moderna rotationskurvor och centrala stjärnor," sade studiens medförfattare Dr Carlos Argüelles vid Institute of Astrophysics La Plata.

"Vi ersätter inte bara det svarta hålet med ett mörkt objekt; Vi föreslår att det supermassiva centrala objektet och galaxens mörka materiehalo är två manifestationer av samma, kontinuerliga substans."

Avgörande är att denna fermioniska mörkmateriamodell redan hade klarat ett betydande test. I en tidigare studie av Pelle et al. (2024), publicerad i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), visade att när en ackretionsskiva belyser dessa täta mörka materiakärnor, kastar de en skuggliknande formation som är slående lik den vild som tagits av Event Horizon Telescope (EHT)-samarbetet av Sgr A*.

"Detta är en avgörande punkt," beskriver huvudförfattaren Valentina Crespi från Institute of Astrophysics La Plata.

Forskarna jämförde statistiskt sin fermioniska mörkmateriamodell med den traditionella modellen för svarta hål.

De fann att även om nuvarande data för de inre stjärnorna ännu inte kan särskilja de två scenarierna, ger mörk materia-modellen en enhetlig ram som förklarar galaxens centrum (centrala stjärnor och skugga) och galaxen i stort.

Den nya studien banar väg för framtida observationer. Mer precisa data från instrument som GRAVITY-interferometern på Very Large Telescope i Chile och sökandet efter den unika signaturen fotonringar  en nyckelfunktion hos svarta hål och frånvarande i mörk materie-kärnscenariot  kommer att vara avgörande för att testa förutsägelserna i denna nya modell, beskriver författarna.

Resultatet av dessa fynd kan potentiellt omforma vår förståelse av den grundläggande naturen hos i centrum av Vintergatan.

Den nya studien har publicerats idag i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). https://academic.oup.com/mnras/article/546/1/staf1854/8431112?login=false