一個致密的暗物質(zhì)核？

AI生成的銀河系圖，描繪了銀河系中心附近以近相對論速度圍繞暗物質(zhì)致密核心運行的恒星。暗物質(zhì)核心論也能解釋銀河系外圍恒星運行速度過快的異常現(xiàn)象。

Valentina Crespi / Royal Astronomical Society

銀河系中心可能沒有超大質(zhì)量黑洞，而是存在著一個致密的暗物質(zhì)核。

2月5日，《英國皇家天文學(xué)會月刊》上的一篇論文指出，根據(jù)歐空局蓋亞探測器的最新數(shù)據(jù)，銀河系中心附近和銀河系外圍的恒星運行軌道之間存在相關(guān)性，而這可以用一個新的模型加以解釋。

一般認(rèn)為，銀河系中心存在一個超大質(zhì)量黑洞，是其擁有的強引力場，導(dǎo)致了距離銀河系中心僅數(shù)光時的恒星以一種獨特的方式高速運行。但是根據(jù)新模型，同樣的引力效應(yīng)，也可以用銀河系中心存在一個神秘的巨型暗物質(zhì)團塊來解釋。不僅如此，該模型還可解釋銀河系整體過快的自轉(zhuǎn)特性。

銀河系中心附近存在一組特殊的恒星。這些被稱為“S星（S-stars）”的恒星會以極高的速度圍繞一個共同的質(zhì)心運行。天文學(xué)家認(rèn)為這是因為銀河系中心存在一個名為“人馬座A*”的超大質(zhì)量黑洞。這個黑洞的質(zhì)量大約相當(dāng)于430萬個太陽。

但是一個以阿根廷拉普拉塔天體物理學(xué)研究所Valentina Crespi為首的國際科研團隊，近日拋出了一個新觀點。他們認(rèn)為，由一種特殊的“費米子（Fermions）”構(gòu)成的暗物質(zhì)，能夠形成一種獨特的宇宙結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生與我們在銀河系中心方向觀測所得相同的現(xiàn)象。

研究人員稱，這種特殊類型的暗物質(zhì)會形成一個包裹在巨大彌散暈中的超致密內(nèi)核，其整體表現(xiàn)就像一個單一實體，但并不會坍縮形成黑洞。不過其產(chǎn)生的引力效應(yīng)很容易和黑洞相混淆。

“費米子暗物質(zhì)”模型不但能夠解釋S星的軌道特征，還能解釋同樣存在于該區(qū)域的另一種被塵埃包裹的神秘天體——“G源（G-sources）”。

歐空局蓋亞探測器在DR3任務(wù)期間采集的最新數(shù)據(jù)為研究提供了重要幫助。在這次任務(wù)期間，蓋亞對銀河系外圍銀暈的自轉(zhuǎn)曲線進行了精確測繪，揭示了這些遠(yuǎn)離銀心的恒星和氣體的運行特征。

蓋亞觀測到了銀河系自轉(zhuǎn)曲線中的減速現(xiàn)象，也就是所謂的“開普勒衰減（Keplerian Decline）”。研究人員稱，新的暗物質(zhì)模型可以解釋這一現(xiàn)象。

研究人員稱，在傳統(tǒng)“冷暗物質(zhì)（Cold Dark Matter）”模型中，暗物質(zhì)暈傾向于擴散；但在“費米子暗物質(zhì)”模型中，暈的結(jié)構(gòu)更為緊密。

研究人員表示，這是有史以來人們第一次成功地用暗物質(zhì)模型將不同尺度上的現(xiàn)象聯(lián)系起來。其結(jié)果不僅意味著隱藏在銀河系中心的可能不是黑洞，是另一種黑暗的天體；還暗示星系中心的超大質(zhì)量天體和星系的暗物質(zhì)暈，可能是同一種東西的兩種表現(xiàn)。

最為關(guān)鍵的是，該模型已經(jīng)通過了一項重要測試。研究結(jié)果表明，在吸積盤照射下，這個致密暗物質(zhì)核產(chǎn)生的投影，與之前“視界望遠(yuǎn)鏡”拍到的“人馬座A*”投影驚人地相似。這是因為在“費米子暗物質(zhì)”模型框架下形成的致密暗物質(zhì)核，對光線也有極強的彎曲作用，從而也能夠形成一個被亮環(huán)環(huán)繞的黑暗中心。

參考

The dynamics of S-stars and G-sources orbiting a supermassive compact object made of fermionic dark matter

https://academic.oup.com/mnras/article/546/1/staf1854/8431112