Астрономия

Группа ученых представила расчеты, по которым события в центре Млечного Пути можно объяснить без черной дыры. Правда, с физической точки зрения новое объяснение существенно более экзотично — настолько, что возникает вопрос о его соответствии бритве Оккама.

Международная группа астрофизиков предложила альтернативное объяснение событиям в ядре нашей Галактики, в районе сверхмассивной черной дыры Стрелец A*. Они полагают, что их модель снимает противоречия между наблюдениями и стандартными физическими теориями нашего времени. Работу со своими выводами исследователи опубликовали в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

На протяжении десятилетий научное сообщество считало, что темная материя состоит из неких частиц. У этого представления было много узких мест, о которых Naked Science не раз писал. Среди них — странное распределение темной материи в галактиках. Она явно есть в невидимом темном гало вокруг всех галактик, включая нашу, но почему-то все попытки найти ее частицы в самих дисках галактик не удавались.

Это странно, потому что она должна гравитационно взаимодействовать с обычной материей, а значит, ее плотность, в теории, тем выше, чем выше плотность материи обычной. То есть максимальная концентрация темной материи должна быть в ядрах галактик, где никаких следов от нее не наблюдали.

Авторы новой работы попробовали объяснить это противоречие моделью фермионной темной материи с частицами строго определенной энергии (56 и 300 килоэлектронвольт). Фермионы (например, нейтрино) — это частицы с полуцелым спином, отличающиеся от привычных нам бозонов (например, фотонов) с целым спином. Если придать гипотетическим частицам темной материи свойства фермионов, их поведение начнет существенно отличаться от бозонов.

Исследователи используют модель, названную в честь троих из авторов новой статьи. По их расчетам получилось, что такая фермионная темная материя должна иметь очень высокую концентрацию в центре галактик, а затем концентрация резко падает. Это позволяет формально объяснить то, что мы не можем зарегистрировать темную материю в районе Солнечной системы, но при этом темная материя явно влияет на скорость вращения краев нашего галактического диска: там, где мы, концентрация ТМ слишком мала, но в темной гало вокруг Млечного Пути ее все равно достаточно для раскрутки его краев.

Ученые попробовали подсчитать, какая модель лучше объясняет динамику звезд в самом центре нашей Галактики: гипотеза о том, что там черная дыра массой в четыре миллиона раз больше, чем у Солнца, или же их гипотеза фермионной экзотической темной материи.

Они пришли к выводу, что в теории их модель может объяснить наблюдения ядра Галактики, в том числе эффект так называемой тени черной дыры там. В то же время, текущее разрешение наблюдений не позволяет однозначно предпочесть ни одну из этих гипотез.

Хотя формально это верно, напомним, что на практике у всех хорошо наблюдаемых нами галактик в центре фиксируют сверхмассивные черные дыры (СМЧД). Многие из них, в отличие от СМЧД в центре нашей Галактики, имеют ярко выраженные аккреционные диски из раскаленного вещества, пожираемого черной дырой. Никакая фермионная темная материя такую динамику объяснить не может (как минимум, в рамках опубликованных моделей).

Почему у одних галактик в центре сверхмассивные черные дыры, а у нашей в центре — комок фермионной темной материи, из работы остается неясным. В итоге она вводит «руками» в модель экзотические частицы со строго ограниченными параметрами, чтобы объяснить то, что другие группы физиков уже объяснили без введения вообще каких-либо частиц темной материи, исключительно на основе теории относительности и классических черных дыр.