Ako je u centru naše galaksije zaista crna rupa, buduća posmatranja ultravisoke rezolucije (kombinacija četiri teleskopa od 8,1 metara u prečniku u čileanskim Andima) morala bi da detektuju specifične tanke prstenove svetlosti nastale usled ekstremnog zakrivljenja u blizini horizonta događaja. Ukoliko je reč o fermionskoj grudvi tamne materije, ti prstenovi će izostati.
Više od tri decenije astronomskih posmatranja je pokazalo da se u centru naše galaksije nalazi masivno kompaktno telo, nazvano Str A*, sa masom od oko 4,6 miliona masa Sunca, koje je protumačeno kao crna rupa. Zaključak sledi prevashodno iz merenja kretanja zvezda bliskih galaktičkom centru. Za to su astronomi Andrea Gez i Rajnhard Gencel podelili polovinu Nobelove nagrade 2020. Dve godine kasnije veliki tim astronoma je, koristeći integrisanu mrežu interkontinentalnih radio-teleskopa, uspeo da sintetiše sliku ove crne rupe. Njen prečnik se kroz osnovnu formulu crnih rupa slagao sa gore izmerenom masom.
Bez obzira na ovaj napredak, već nekoliko godina druge grupe fizičara su ispitivale alternativnu mogućnost da to nije crna rupa, već koncentracija čestica naročite vrste tamne materije. Prevashodna evidencija za postojanje tamne materije jeste orbitalno kretanje zvezda dalje od centra, koje ukazuje da pored nama vidljivih zvezda postoje još dve komponente: masivno nezvezdano telo u centru i razuđeni halo veći od vidljive galaksije. Standardna interpretacija je da je kompakno telo u centru crna rupa, a da se halo sastoji od masivnih, električno neutralnih čestica, koje su stoga nevidljive, takozvane tamne materije.
Sa teorijske strane, međutim, nije jasno šta bi činilo masu tih čestica i njena druga svojstva, tako da fizičari ispituju razne mogućnostiOgroman tehnološki napredak u posmatranjima, kombinovan sa moćnim kompjuterskim simulacijama, omogućava detaljno testiranje raznih hipoteza. Jedna od tih mogućnosti polazi od činjenice da u prirodi postoje dve vrste čestica, bozoni, koji imaju tendenciju nagomilavanja u osnovnom stanju, i fermioni, koji naprotiv imaju svojstvo da samo jedan fermion može da ima specifičnu brzinu na specifičnoj lokaciji. Elektron je, na primer, fermion, i to je osnovni razlog zašto su atomi stabilni: nemoguće je da svi elektroni padnu u jezgro! Ovog meseca objavljena je nova studija grupe fizičara i astronoma baziranih u Argentini, Italiji i Nemačkoj, koja je iznela nove rezultate u prilog hipoteze da je pomenuto centralno telo koncentracija fermionske tamne materije, koja inače ispunjava celu našu galaksiju. Navedena grupa je pokazala da postoji raspon mogućih vrednosti za masu ovih čestica – kompaktno jezgro iste mase kao crna rupa u standardnoj interpretaciji, a da se zbog opisanog svojstva fermiona ipak nije urušilo u crnu rupu.
Takozvane S-zvezde jure oko centra brzinama od oko 30.000 kilometara u sekundi (što je 10% brzine svetlosti). I orbite takozvanih G-izvora, tajanstvenih tela blizu centra galaksije obavijenih prašinom, takođe obilaze oko centra velikim brzinama. Posmatranja S-zvezda i G-izvora bila su, inače, ključni argument za postojanje centralne crne rupe. Merenja satelita Gaia su potvrdila da se zvezde na krajevima naše galaksije kreću brže nego što bi se očekivalo da se Mlečni put sastoji samo od zvezda, što je ključni argument za postojanje haloa tamne materije. Ali ova merenja su pokazala i da se na većim daljinama pojavljuje karakterističan pad brzina zvezda, baš kao u Sunčevom sistemu gde se dalje planete kreću sporije od bližih, što ukazuje na veću ulogu centralnog tela. Taj fenomen je poznat kao Keplerov pad.
Nova studija je pokazala da je moguće objasniti ove posmatračke činjenice hipotezom da se tamna materija sastoji od električno neutralnih fermionskih čestica relativno male mase. Simulacije su ukazale na najverovatnije vrednosti od oko 3/5 mase elektrona Prema toj viziji, srce Mlečnog puta je samo najgušći, najkompaktniji deo šire raspodele tamne materije koja se u razređenijem obliku proteže daleko izvan vidljivih zvezdanih granica naše galaksije. Ovo je, kažu autori, prvi put da jedan model uspešno premošćuje tako drastične razmere – od milisekundi luka u orbitama centralnih zvezda do grandiozne rotacije cele galaksije. Naročito je interesantno kako ovaj model objašnjava čuvenu integrisanu sliku Str A* koju je 2022. objavio Event Horizon Telescope (EHT). Na toj slici vidi se tamna senka okružena svetlim prstenom, što je smatrano nepobitnim dokazom postojanja crne rupe.
Tamna materija ne emituje, niti apsorbuje svetlost, zato je providna. Međutim, u ovom modelu gusto jezgro fermionske tamne materije može savijati svetlost toliko snažno da fokusira okolnu vrelu plazmu u sjajan prsten, dok središnji deo izgleda taman, iako je providan! Treba reći da autori studije priznaju da su njihove simulacije pokazale ne više od 1% razlike u odnosu na objašnjenje posmatranja preko standardnog modela centralne crne rupe. A takođe kažu da potpuno suprotna mogućnost, da se radi o tamnoj materiji bozonskog a ne fermionskog tipa, a da i dalje nije potpuno isključena, kako su pokazale studije drugih. Osnovna teškoća ovih istraživanja je što fizičari još ne mogu da uhvate čestice tamne materije u laboratoriji, gde su pod kontrolisanim uslovima u prilici da izmere njihovu prirodu, bozonsku ili fermionsku, masu i vrlo slabe interakcije sa običnom materijom. Do tada je neophodno i neizbežno razmotriti pažljivo različite mogućnosti i pokušati da se one testiraju.
Suštinski takav test je već planiran: razrešenje leži u takozvanim fotonskim prstenovima. Ako je u centru naše galaksije zaista crna rupa, buduća posmatranja ultravisoke rezolucije, koristeći VLT (Very Large Telescope. kombinaciju četiri teleskopa od 8,1 metara u prečniku u čileanskim Andima), morala bi da detektuju ove specifične tanke prstenove svetlosti nastale usled ekstremnog zakrivljenja u blizini horizonta događaja crne rupe. Ako je reč o fermionskoj grudvi tamne materije, ti prstenovi će izostati. Ovaj test će biti konačni sudija koji će odlučiti da li telo Str A* u centru naše galaksije ostaje crna rupa ili postaje prvo identifikovano telo u novoj fizici. A to će imati posledice na celokupnu paradigmu tamne materije.
(Atronomski magazin)
