Materia întunecată ar putea înșela astronomii: inima Căii Lactee, o structură exotică în loc de gaură neagră

Sursa foto: Sciencedaily

O teamă teoretică şi observaţională în astronomia modernă este pusă din nou în discuţie: obiectul masiv care domină inima Căii Lactee ar putea să nu fie o gaură neagră supermasivă, ci o aglomerare extrem de densă de materie întunecată. Propunerea, detaliată într-un studiu publicat în Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, descrie un model în care un nucleu compact de particule fermionice formează împreună cu un halou difuz o structură continuă capabilă să reproducă atât orbitele violente ale stelelor din apropierea centrului galactic, cât şi rotaţia mai liniştită a materialului aflat mult mai departe.

O alternativă la explicaţia clasică a lui Sagittarius A*

Timp de decenii, comunitatea ştiinţifică a explicat mişcările extreme ale unor stele din proximitatea centrului galactic prin prezenţa unei găuri negre supermasive, cunoscută sub numele de Sagittarius A* (Sgr A*). Anumite stele, numite S stars, se învârt în jurul centrului cu viteze care ajung la mii de kilometri pe secundă, iar observaţiile au fost interpretate ca probe ale unei mase compacte şi foarte concentrate.

Studiul publicat recent ridică însă semne de întrebare asupra acestei interpretări: autorii sugerează că o formă particulară de materie întunecată compusă din fermioni uşori ar putea forma o structură cu un nucleu extrem de dens, înconjurat de un halou mai extins. Nucleul ar exercita o atracţie gravitaţională suficient de puternică pentru a „masca” efectele unei găuri negre, iar haloul asociat ar influenţa mişcarea materialului pe scară largă în cadrul galaxiei.

Modelul: nucleu fermionic plus halou

Conform modelului propus, particulele fermionice ale materiei întunecate au proprietăţi care le permit să se strângă sub forma unui nucleu extrem de compact, dar în acelaşi timp să fie însoţite de un halou difuz ce se extinde la scări galactice. Întregul ansamblu — nucleu şi halou — se comportă ca un singur sistem continuu. În apropierea centrului, nucleul compact ar provoca forţe gravitaţionale care reproduc traiectoriile rapide şi uneori haotice ale S stars şi ale unor obiecte învelite în praf cunoscute sub numele de G sources, care orbitează aproape de centrul galactic.

Mai departe, forma şi extinderea haloului fermionic ar putea explica curba de rotaţie observată la scară mare în Calea Lactee, unde vitezele orbitale nu rămân constante, ci scad la distanţe foarte mari respectând o tendinţă apropiată de declinul keplerian.

Dovezi din regiunile exterioare ale galaxiei

O piesă importantă a puzzle-ului este oferită de datele recente ale misiunii GAIA DR3 a Agenţiei Spaţiale Europene. Această cartografiere precisă a mişcărilor stelelor şi gazului în halo-ul exterior al Căii Lactee a scos în evidenţă o diminuare a vitezelor orbitale la mari distanţe, comportament denumit declin keplerian. Autorii studiului susţin că această observaţie se potriveşte cu predicţiile pentru haloul mai compact al modelului de materie fermionică, atunci când este combinat cu masa cunoscută a discului şi a bulbului central al galaxiei.

Contrastul cu modelele standard de Cold Dark Matter (CDM) este notabil: modelele CDM obişnuite prezic halo-uri care se întind mult mai departe, cu cozi care urmează o lege de putere. În schimb, haloul produs de fermioni în modelul propus are margini mai bine delimitate şi o densitate care scade mai brusc la exterior.

O colaborare internaţională şi autorii studiului

Investigarea a fost realizată de cercetători din mai multe instituţii: Institute of Astrophysics La Plata in Argentina, International Centre for Relativistic Astrophysics Network and the National Institute for Astrophysics in Italy, Relativity and Gravitation Research Group in Colombia, and the Institute of Physics University of Cologne in Germany. Echipa include autori ai unui articol semnificativ intitulat V Crespi, C R Argüelles, E A Becerra-Vergara, M F Mestre, F Peißker, J A Rueda, R Ruffini, publicat în Monthly Notices of the Royal Astronomical Society în 2026, volumul 546, numărul 1, cu DOI: 10.1093/mnras/staf1854.

„Aceasta este prima dată când un model de materie întunecată reuşeşte să unească scări atât de diferite şi orbite ale unor obiecte variate, incluzând date moderne de curbă de rotaţie şi observaţii ale stelelor centrale,” a afirmat dr. Carlos Argüelles de la Institute of Astrophysics La Plata, unul dintre coautorii studiului.

Autorii subliniază că nu propun simpla înlocuire a unei găuri negre printr-un alt obiect întunecat, ci sugerează că ceea ce s-a interpretat până acum ca obiect central supermasiv şi haloul galactic al materiei întunecate ar putea fi, de fapt, două manifestări ale aceluiaşi tip de substanţă continuă.

Imaginea „umbrei” şi compatibilitatea cu datele EHT

Un obstacol major pentru alternativele la găurile negre este explicarea imaginii de tip „umbră” surprinsă de Observatorul Event Horizon (Event Horizon Telescope, EHT) pentru Sgr A*. O lucrare anterioară, semnată de Pelle et al. (2024) şi publicată tot în MNRAS, a arătat că atunci când un disc de acreţie iluminează astfel de nuclee dense de materie întunecată, efectul asupra luminii poate crea o regiune întunecată în centru, înconjurată de un inel strălucitor — o structură foarte asemănătoare cu „umbra” atribuită unei găuri negre.

„Acesta este un punct esenţial,” a spus autoarea principală Valentina Crespi de la Institute of Astrophysics La Plata. „Modelul nostru nu explică doar orbitele stelelor şi curba de rotaţie a galaxiei, ci este şi compatibil cu celebra imagine a ‘umbrei’ găsite de EHT. Nucleul dens de materie întunecată poate imita această umbră deoarece deformează lumina într-un mod puternic, creând o regiune centrală întunecată înconjurată de un inel luminos.”

Ce ar putea decide disputa: observaţii viitoare

Autorii au comparat statistic modelul fermionic cu explicaţia tradiţională a unei găuri negre, şi au concluzionat că, în prezent, datele privind stelele din jurul centrului galactic nu favorizează clar una dintre scenarii. Totuşi, modelul de materie întunecată are avantajul conceptual de a oferi un singur cadru care poate aborda atât comportamentul obiectelor din proximitatea nucleului, cât şi structura globală a galaxiei.

Testele decisive ar putea veni din observaţii mai precise şi din căutarea unor semnale distincte. Instrumente precum interferometrul GRAVITY de pe Very Large Telescope din Chile, împreună cu încercările de detectare a unor inele de fotoni (photon rings), ar putea furniza dovezile necesare. Observaţiile care ar confirma prezenţa inelelor de fotoni ar înclina balanţa în favoarea existenţei unei găuri negre adevărate, deoarece modelele de nucleu fermionic nu ar genera astfel de structuri în mod natural.

Dacă predicţiile modelului fermionic se confirmă, implicaţiile ar fi profunde pentru înţelegerea formării şi evoluţiei obiectelor supermasive şi pentru modul în care materia întunecată se organizează la scări cosmice.

Context ştiinţific şi publicaţii

Studiul se înscrie într-un efort mai larg de a înţelege natura materiei întunecate şi rolul ei în dinamica galactică. Articolul principal şi referinţa bibliografică completă sunt: V Crespi, C R Argüelles, E A Becerra-Vergara, M F Mestre, F Peißker, J A Rueda, R Ruffini. The dynamics of S-stars and G-sources orbiting a supermassive compact object made of fermionic dark matter. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2026; 546 (1) DOI: 10.1093/mnras/staf1854. Pentru accesul la sinteza comunicată publicului, materialele au fost puse la dispoziţie de Royal Astronomical Society.

Pentru lectură suplimentară şi referinţă directă la comunicatul public, cititorii pot consulta pagina dedicată pe ScienceDaily Dark matter could be masquerading as a black hole at the Milky Way’s core şi înregistrarea DOI a lucrării știinţifice 10.1093/mnras/staf1854.

Pe măsură ce instrumentele observative devin tot mai sensibile şi campaniile de monitorizare a centrului galactic se extind, contrastele dintre previziunile modelelor vor deveni tot mai clare. Între timp, scenariul propus de echipa internaţională rămâne o alternativă plauzibilă, bine argumentată şi atent comparată cu datele existente, deschizând o nouă perspectivă asupra a ceea ce ascunde cu adevărat inima Căii Lactee.