مرکز کهکشان ما شاید یک سیاه‎‌چاله نباشد!

چه می‌شود اگر «سیاه‌چاله» مرکزی راه‌ شیری اصلاً یک سیاه‌چاله نباشد؟ برخی از اخترشناسان فکر می‌کنند مرکز کهکشان راه شیری ممکن است چیزی عجیب‌تر از یک سیاه‌چاله کلان‌جرم را در خود پنهان کرده باشد. در یک مطالعه جدید، محققان استدلال می‌کنند شیئی که به مدار ستاره‌های نزدیک شکل می‌دهد، ممکن است در واقع تمرکز فوق‌متراکمی از ماده تاریک باشد که اثر گرانشی تقریباً یکسانی با یک سیاه‌چاله ایجاد می‌کند.

ماده تاریک نامرئی است، اما تصور می‌شود گرانش آن بر نحوه شکل‌گیری و حرکت کهکشان‌ها تأثیر می‌گذارد. ایده این تیم با هدف پیوند دادن دو مجموعه متفاوت از مشاهدات با یک علت واحد مطرح شده است. در نزدیکی مرکز کهکشانی، ستاره‌ها با سرعت‌های فوق‌العاده‌ای در فواصل «ساعت-نوری» (واحدی که اغلب برای اندازه‌گیری فواصل درون منظومه شمسی ما استفاده می‌شود) چرخ می‌خورند. در فاصله‌ای دورتر، چرخش کهکشان آزمون گسترده‌تر و کندتری را برای تشخیص جرم واقعی موجود در سراسر راه شیری ارائه می‌دهد.

نتایج آن‌ها که در مجله Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) منتشر شده است، تصویر استاندارد را به چالش می‌کشد؛ تصویری که در آن کمان اِی-ستاره (Sagittarius A) یک سیاه‌چاله کلان‌جرم است که بر گرانش منطقه تسلط دارد. شناخته‌شده‌ترین مدرک برای تفسیر سیاه‌چاله، از «ستاره‌های اس» (S-stars) می‌آید؛ گروهی از ستاره‌ها که با سرعت‌هایی تا چندین هزار کیلومتر بر ثانیه به دور مرکز می‌چرخند.

تیم تحقیقاتی بین‌المللی به‌جای تکیه بر یک سیاه‌چاله، توضیح متفاوتی را پیشنهاد می‌کند. آن‌ها استدلال می‌کنند که نوع خاصی از ماده تاریک متشکل از فرمیون‌ها (ذرات زیراتمی سبک)، می‌تواند خود را در ساختار متمایزی سازماندهی کند که با مشاهدات هسته راه شیری مطابقت دارد.

طبق مدل آن‌ها، این ماده تاریک یک منطقه مرکزی بسیار متراکم را تشکیل می‌دهد که توسط یک هاله وسیع و پراکنده احاطه شده است. این اجزا در کنار هم به عنوان یک سیستم واحد و پیوسته عمل می‌کنند.

هسته داخلی و فشرده، آن‌قدر پرجرم خواهد بود که بتواند کشش گرانشی شدیدی را که معمولاً به یک سیاه‌چاله نسبت داده می‌شود، بازسازی کند. این مدل نه‌تنها مسیرهای اندازه‌گیری شده قبلی «ستاره‌های اس»، بلکه مدار اشیاء پوشیده شده در گرد و غباری به نام «منابع جی» (G-sources) را نیز توجیه می‌کند.

شواهدی از هاله بیرونی کهکشان

بخش کلیدی این تحقیق از داده‌های اخیر ماموریت GAIA DR3 متعلق به آژانس فضایی اروپا به دست آمده است. فضاپیمای «گایا» نقشه دقیقی از منحنی چرخش راه شیری تهیه کرده که نشان می‌دهد ستاره‌ها و گازها در فواصل دور از مرکز کهکشان چگونه حرکت می‌کنند.

داده‌ها نشان می‌دهند که سرعت‌های مداری در فواصل بیشتر کاهش می‌یابد؛ الگویی که به عنوان «کاهش کپلری» شناخته می‌شود. محققان گزارش می‌دهند که این رفتار را می‌توان با هاله بیرونی پیش‌بینی‌شده در مدل ماده تاریک آن‌ها (در ترکیب با جرم مشخصِ دیسک و برآمدگی کهکشان که از ماده معمولی ساخته شده‌اند) بازسازی کرد.

آن‌ها معتقدند که این موضوع از مدل فرمیونی حمایت می‌کند. در تئوری‌های متداول «ماده تاریک سرد»، هاله‌ها با یک دنباله بلند به سمت بیرون گسترش می‌یابند. در مقابل، سناریوی فرمیونی یک هاله فشرده‌تر با مرزهای بیرونی محدودتر را پیش‌بینی می‌کند.

دکتر کارلوس آرگوئیس، یکی از نویسندگان این مطالعه، می‌گوید:

این اولین بار است که یک مدل ماده تاریک با موفقیت توانسته است این مقیاس‌های بسیار متفاوت و مدارهای اشیاء مختلف، از جمله داده‌های مدرن منحنی چرخش و ستاره‌های مرکزی را به هم پیوند دهد.

او می‌افزاید:

ما فقط سیاه‌چاله را با یک شیء تاریک جایگزین نمی‌کنیم؛ بلکه پیشنهاد می‌کنیم که شیء مرکزی کلان‌جرم و هاله ماده تاریک کهکشان، دو جلوه از یک ماده واحد و پیوسته هستند.

نکته حیاتی اینجاست که این مدل ماده تاریک فرمیونی قبلاً از یک آزمون مهم سربلند بیرون آمده بود. مطالعه قبلی در سال ۲۰۲۴ نشان داد که وقتی یک قرص برافزایشی این هسته‌های متراکم ماده تاریک را روشن می‌کند، آن‌ها ویژگی شبیه به سایه ایجاد می‌کنند که به‎طرز عجیبی شبیه به تصویری است که توسط تلسکوپ افق رویداد (EHT) از Sgr A ثبت شده است.

آزمایش سایه

والنتینا کرسپی، نویسنده اصلی مقاله، می‌گوید:

این یک نقطه محوری است. مدل ما نه‌تنها مدار ستاره‌ها و چرخش کهکشان را توضیح می‌دهد، بلکه با تصویر معروف “سایه سیاه‌چاله” نیز مطابقت دارد. هسته متراکم ماده تاریک می‌تواند سایه را شبیه‌سازی کند زیرا نور را به شدت خم می‌کند و یک تاریکی مرکزی ایجاد می‌کند که توسط یک حلقه درخشان احاطه شده است.

محققان مدل ماده تاریک فرمیونی خود را از نظر آماری با مدل سنتی سیاه‌چاله مقایسه کردند. آن‌ها دریافتند که اگرچه داده‌های فعلی ستاره‌های داخلی هنوز نمی‌توانند قاطعانه بین این دو سناریو تمایز قائل شوند، اما مدل ماده تاریک چارچوب یکپارچه‌ای را ارائه می‌دهد که هم مرکز کهکشان (ستاره‌ها و سایه) و هم کل کهکشان را به طور کلی توضیح می‌دهد.

این مطالعه جدید راه را برای مشاهدات آینده هموار می‌کند. داده‌های دقیق‌تر از ابزارهایی مانند تداخل‌سنج GRAVITY در شیلی و جستجو برای امضای منحصربه‌فرد «حلقه‌های فوتونی» (که ویژگی کلیدی سیاه‌چاله‌هاست و در سناریوی هسته ماده تاریک وجود ندارد) برای آزمایش پیش‌بینی‌های این مدل جدید حیاتی خواهد بود.

نتیجه این یافته‌ها پتانسیل این را دارد که درک ما از ماهیت بنیادی آن غول کیهانی که در قلب راه شیری قرار دارد را کاملاً دگرگون کند.

منبع: Scitechdaily