Ако је у центру наше галаксије заиста црна рупа, будућа посматрања ултрависоке резолуције (комбинација четири телескопа од 8,1 метара у пречнику у чилеанским Андима) морала би да детектују специфичне танке прстенове светлости настале услед екстремног закривљења у близини хоризонта догађаја. Уколико је реч о фермионској грудви тамне материје, ти прстенови ће изостати.
Више од три деценије астрономских посматрања је показало да се у центру наше галаксије налази масивно компактно тело, названо Str А*, са масом од око 4,6 милиона маса Сунца, које је протумачено као црна рупа. Закључак следи превасходно из мерења кретања звезда блиских галактичком центру. За то су астрономи Андреа Гез и Рајнхард Генцел поделили половину Нобелове наградe 2020. Две године касније велики тим астронома је, користећи интегрисану мрежу интерконтиненталних радио-телескопа, успео да синтетише слику ове црне рупе. Њен пречник се кроз основну формулу црних рупа слагао са горе измереном масом.
Без обзира на овај напредак, већ неколико година друге групе физичара су испитивале алтернативну могућност да то није црна рупа, већ концентрација честица нарочите врсте тамне материје. Превасходна евиденција за постојање тамне материје јесте орбитално кретање звезда даље од центра, које указује да поред нама видљивих звезда постоје још две компоненте: масивно незвездано тело у центру и разуђени хало већи од видљиве галаксије. Стандардна интерпретација је да је компакно тело у центру црна рупа, а да се хало састоји од масивних, електрично неутралних честица, које су стога невидљиве, такозване тамне материје.
Са теоријске стране, међутим, није јасно шта би чинило масу тих честица и њена друга својства, тако да физичари испитују разне могућностиОгроман технолошки напредак у посматрањима, комбинован са моћним компјутерским симулацијама, омогућава детаљно тестирање разних хипотеза. Једна од тих могућности полази од чињенице да у природи постоје две врсте честица, бозони, који имају тенденцију нагомилавања у основном стању, и фермиони, који напротив имају својство да само један фермион може да има специфичну брзину на специфичној локацији. Електрон је, на пример, фермион, и то је основни разлог зашто су атоми стабилни: немогуће је да сви електрони падну у језгро! Овог месеца објављена је нова студија групе физичара и астронома базираних у Аргентини, Италији и Немачкој, која је изнела нове резултате у прилог хипотезе да је поменуто централно тело концентрација фермионске тамне материје, која иначе испуњава целу нашу галаксију. Наведена група је показала да постоји распон могућих вредности за масу ових честица – компактно језгро исте масе као црна рупа у стандардној интерпретацији, а да се због описаног својства фермиона ипак није урушило у црну рупу.
Такозване S-звезде јуре око центра брзинама од око 30.000 километара у секунди (што је 10% брзине светлости). И орбите такозваних G-извора, тајанствених тела близу центра галаксије обавијених прашином, такође обилазе око центра великим брзинама. Посматрања S-звезда и G-извора била су, иначе, кључни аргумент за постојање централне црне рупе. Мерења сателита Gaia су потврдила да се звезде на крајевима наше галаксије крећу брже него што би се очекивало да се Млечни пут састоји само од звезда, што је кључни аргумент за постојање халоа тамне материје. Али ова мерења су показала и да се на већим даљинама појављује карактеристичан пад брзина звезда, баш као у Сунчевом систему где се даље планете крећу спорије од ближих, што указује на већу улогу централног тела. Тај феномен је познат као Kеплеров пад.
Нова студија је показала да је могуће објаснити ове посматрачке чињенице хипотезом да се тамна материја састоји од електрично неутралних фермионских честица релативно мале масе. Симулације су указале на највероватније вредности од око 3/5 масе електрона Према тој визији, срце Млечног пута је само најгушћи, најкомпактнији део шире расподеле тамне материје која се у разређенијем облику протеже далеко изван видљивих звезданих граница наше галаксије. Ово је, кажу аутори, први пут да један модел успешно премошћује тако драстичне размере – од милисекунди лука у орбитама централних звезда до грандиозне ротације целе галаксије. Нарочито је интересантно како овај модел објашњава чувену интегрисану слику Str А* коју је 2022. објавио Event Horizon Telescope (ЕHТ). На тој слици види се тамна сенка окруженa светлим прстеном, што је сматрано непобитним доказом постојања црне рупе.
Тамна материја не емитује, нити апсорбује светлост, зато је провидна. Међутим, у овом моделу густо језгро фермионске тамне материје може савијати светлост толико снажно да фокусира околну врелу плазму у сјајан прстен, док средишњи део изгледа таман, иако је провидан! Треба рећи да аутори студије признају да су њихове симулације показале не више од 1% разлике у односу на објашњење посматрања преко стандардног модела централне црне рупе. А такође кажу да потпуно супротна могућност, да се ради о тамној материји бозонског а не фермионског типа, а да и даље није потпуно искључена, како су показале студије других. Основна тешкоћа ових истраживања је што физичари још не могу да ухвате честице тамне материје у лабораторији, где су под контролисаним условима у прилици да измере њихову природу, бозонску или фермионску, масу и врло слабе интеракције са обичном материјом. До тада је неопходно и неизбежно размотрити пажљиво различите могућности и покушати да се оне тестирају.
Суштински такав тест је већ планиран: разрешење лежи у такозваним фотонским прстеновима. Ако је у центру наше галаксије заиста црна рупа, будућа посматрања ултрависоке резолуције, користећи VLТ (Very Large Тelescope. комбинацију четири телескопа од 8,1 метара у пречнику у чилеанским Андима), морала би да детектују ове специфичне танке прстенове светлости настале услед екстремног закривљења у близини хоризонта догађаја црне рупе. Ако је реч о фермионској грудви тамне материје, ти прстенови ће изостати. Овај тест ће бити коначни судија који ће одлучити да ли тело Str А* у центру наше галаксије остаје црна рупа или постаје прво идентификовано тело у новој физици. А то ће имати последице на целокупну парадигму тамне материје.
(Атрономски магазин)
