چیزی بسیار تاریکتر از یک سیاهچاله شاید در قلب کهکشان راه شیری پنهان شده باشد
شکی نیست که توده عظیمی در دل کهکشان راه شیری کمین کرده است. اما یک مطالعه جدید این سوال را مطرح می کند که آیا یک “سیاهچاله بزرگ” تنها توضیح ممکن برای آنچه در آنجا نهفته است یا خیر؟
به گزارش افق میهن و به نقل از sciencealert; تمام اندازهگیریهایی که تاکنون از مرکز کهکشانی انجام شده، با جرم بسیار متراکم، حدود چهار میلیون برابر جرم خورشید مطابقت دارد. با این حال، مقاله جدید میگوید که اگر کمی دقیقتر نگاه کنیم، همه این شواهد میتوانند با سناریوی دیگری همخوانی داشته باشند: تودهای عظیم و فشرده از ماده تاریک فرمیونی، بدون افق رویداد.
در حال حاضر، دقت مشاهدات ما برای تمایز بین این دو مدل کافی نیست. اما اگر هسته کهکشانی از ماده تاریک تشکیل شده باشد، ستاره شناسان ابزار جدیدی برای تفسیر ساختار ماده تاریک در سراسر کهکشان خواهند داشت.
کارلوس آرگولز، اخترفیزیکدان در موسسه اخترفیزیک لاپلاتا در آرژانتین، توضیح می دهد:
ما فقط سیاهچاله را با یک جسم تاریک جایگزین نمی کنیم، “ما پیشنهاد می کنیم که جرم مرکزی و هاله ماده تاریک کهکشان دو مظهر یک ماده پیوسته واحد هستند.”
ماده تاریک یکی از بزرگترین رازهای جهان است. دانشمندان می توانند مقدار ماده معمولی در جهان را با دقت بسیار بالایی محاسبه کنند، اما وقتی همه چیز جمع شود، گرانش مشاهده شده بسیار بیشتر از آن چیزی است که این ماده مرئی بتواند توضیح دهد.
علت این جاذبه اضافی نه نور را جذب می کند و نه ساطع می کند. ما فقط از طریق اثرات گرانشی آن می دانیم که وجود دارد. این ماده تاریک است. ماده ای که بخش بزرگی از گرانش جهان را بر عهده دارد و حدود ۸۴ درصد از کل “بودجه ماده” جهان را تشکیل می دهد.
روش تأیید وجود و اندازهگیری جرم این جرم عظیم در مرکز کهکشان راه شیری نیز بر اساس گرانش بوده است: ردیابی مسیرهای دراز و پیچخورده و تغییر سرعت ستارگان بسیار سریعی که به دور مرکز کهکشان میچرخند.
ساده ترین توضیح برای این جرم – با کمترین فرضیات اضافی – وجود یک سیاهچاله بسیار پرجرم به نام Sagittarius A* است. حتی در سال ۲۰۲۲، تصویری که توسط تلسکوپ افق رویداد (EHT) منتشر شد، چیزی شبیه “سایه” سیاهچاله را نشان داد.
اما این تنها توضیح ممکن نیست. به عنوان مثال، تحقیقات قبلی نشان داده است که یک قرص برافزایشی روشن در اطراف یک توده متراکم از ماده تاریک نیز میتواند سایهای بسیار شبیه به آنچه توسط EHT ثبت شده است ایجاد کند.
اکنون یک تیم بین المللی به رهبری والنتینا کرسپی، اخترفیزیکدان موسسه اخترفیزیک لاپلاتا، می خواست این ایده را یک گام فراتر بردارد: آیا می توان مدارهای مشاهده شده ستاره ها به دور قوس A* را نیز با هسته ماده تاریک توضیح داد؟
برخی از مدلهای ماده تاریک بسیار رقیق و پراکنده هستند، اما یک نامزد اجازه تشکیل تودههای متراکم را میدهد: ماده تاریک فرمیونی. این ذرات از قوانین کوانتومی پیروی میکنند که به آنها اجازه نمیدهد تا بینهایت فشرده شوند – مشابه رفتار الکترونها و نوترونها، و زیر یک حد چگالی معین، نمیتوان آنها را بیشتر فشرده کرد.
نتیجه نظری چنین مدلی یک جرم فوق چگال و پایدار از نظر گرانشی است. چیزی شبیه کوتوله سفید یا ستاره نوترونی، اما از فرمیون های ماده تاریک ساخته شده است، نه ذرات معمولی.
سوال کلیدی این است: اگر چنین جرمی در مرکز کهکشان قرار گیرد، آیا رفتار ستارگانی که به دور آن می چرخند تفاوتی نشان می دهد؟
چندین ستاره که «ستارههای S» نامیده میشوند، پتانسیل گرانشی جرم مرکزی را با رقص مداری پیچیدهشان در اطراف مرکز کهکشانی ترسیم میکنند. مهمترین آنها ستاره ای به نام S2 است، زیرا مداری نسبتاً کوتاه ۱۶ ساله دارد که با دقت استثنایی رصد و تحلیل شده است.
محققان رفتار S2 را هم در چارچوب مدل کلاسیک سیاهچاله برای قوس A* و هم در سناریوی جرم ماده تاریک فرمیونی شبیهسازی کردند.
نتیجه شگفتانگیز بود: هر دو مدل حرکت ستاره را تقریباً با دقت یکسان بازتولید کردند. بنابراین، این یافته نمی گوید که قوس A* قطعا از ماده تاریک ساخته شده است. در عوض، نشان می دهد که می تواند باشد – و داده های فعلی برای تشخیص قطعی کافی نیستند.
با این حال، یک نکته دیگر به نفع مدل ماده تاریک فرمیونی وجود دارد. نقشه ای از راه شیری که توسط فضاپیمای گایا تهیه شده است – جامع ترین نقشه تا به امروز – نشان می دهد که سرعت چرخش کهکشان در فواصل دورتر از مرکز کاهش می یابد.
به گفته محققان، این “قطره کپلری” با حضور یک هاله بزرگ و گسترده از ماده تاریک فرمیونی که راه شیری را احاطه کرده است، ساده تر از بسیاری از مدل های ماده تاریک دیگر توضیح داده می شود.
آرگولز می گوید:
این اولین باری است که یک مدل ماده تاریک موفق شده است به طور همزمان این مقیاسهای کاملاً متفاوت و مدارهای مختلف اجرام را – از منحنیهای چرخش کهکشانها تا دادههای ستارههای مرکزی- را به هم مرتبط کند.
مشاهدات آینده می تواند به حل این سوال جالب در مورد ماهیت واقعی قوس A* کمک کند. برای مثال، مشاهدات طولانیمدت ممکن است ویژگیهای ظریفی را در مدار ستارگان نشان دهد که ترازو را به نفع یکی از این توضیحات منحرف میکند. همچنین، ستارگانی که حتی نزدیکتر از S2 به قوس A* میچرخند، میتوانند سرنخهای جدیدی ارائه دهند.
علاوه بر این، مشاهدات آینده با تلسکوپ افق رویداد ممکن است جزئیات دقیق تری از ناحیه خمش نور در اطراف قوس A* را نشان دهد. اگر جرم مرکزی به جای سیاهچاله، هسته ای از ماده تاریک بدون افق رویداد باشد، برخی از ویژگی های خاص گرانش شدید سیاهچاله ها – مانند حلقه فوتون مشخصه – ممکن است وجود نداشته باشند یا متفاوت ظاهر شوند.
