Vår galax, Vintergatan, har kanske inte ett supermassivt svart hål i sitt centrum, utan snarare en enorm klump av mystisk mörk materia som utövar samma gravitationella inflytande, säger astronomer.
De tror att denna osynliga substans – som utgör större delen av universums massa – kan förklara både den våldsamma dansen av stjärnor bara några ljusår (ofta används för att mäta avstånd inom vårt eget solsystem) från galaxens centrum och den mjuka, storskaliga rotationen av all materia i utkanten av Vintergatan.
Den nya studien har idag publicerats i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Omprövning av Vintergatans mörka hjärta
Den utmanar den ledande teorin att Sagittarius A* (Sgr A*), ett föreslaget svart hål i hjärtat av vår galax, är ansvarigt för de observerade banorna för en grupp stjärnor, kända som S-stjärnor, som snurrar runt med enorma hastigheter på upp till några tusen kilometer per sekund.
Det internationella forskarteamet har istället lagt fram en alternativ idé – att en specifik typ av mörk materia bestående av fermioner, eller lätta subatomära partiklar, kan skapa en unik kosmisk struktur som också stämmer överens med vad vi vet om Vintergatans kärna.
Det skulle i teorin producera en supertät, kompakt kärna omgiven av en vidsträckt, diffus halo, som tillsammans skulle fungera som en enda, enhetlig enhet.
Den inre kärnan skulle vara så kompakt och massiv att den skulle kunna efterlikna gravitationen hos ett svart hål och förklara banorna hos S-stjärnor som har observerats i tidigare studier, liksom banorna hos de dammhöljda objekten som kallas G-källor och som också finns i närheten.
Gaias detaljerade karta över den yttre halon
Av särskild betydelse för den nya forskningen är de senaste uppgifterna från Europeiska rymdorganisationens Gaia DR3-uppdrag, som noggrant har kartlagt rotationskurvan för Vintergatans yttre halo och visat hur stjärnor och gas kretsar långt från centrum.
Man observerade en avmattning av vår galax rotationskurva, känd som Keplerian decline, som forskarna säger kan förklaras av deras mörka materia-modells yttre halo i kombination med de traditionella skiv- och utbuktningsmasskomponenterna av vanlig materia.
Detta, tillägger de, stärker den ”fermioniska” modellen genom att belysa en viktig strukturell skillnad. Medan traditionella halor av kall mörk materia sprider sig enligt en utsträckt ”potenslags-svans”, förutsäger den fermioniska modellen en tätare struktur, vilket leder till mer kompakta halosvansar.
Forskningen har utförts av ett internationellt samarbete mellan Institutet för astrofysik La Plata i Argentina, Internationella centrumet för relativistisk astrofysiknätverk och Nationella institutet för astrofysik i Italien, Relativitets- och gravitationforskningsgruppen i Colombia och Institutet för fysik vid universitetet i Köln i Tyskland.
”Detta är första gången en mörk materia-modell framgångsrikt har överbryggat dessa mycket olika skalor och olika objektbanor, inklusive moderna rotationskurvor och data om centrala stjärnor”, säger studiens medförfattare Dr. Carlos Argüelles, från Institutet för astrofysik i La Plata.
”Vi ersätter inte bara det svarta hålet med ett mörkt objekt; vi föreslår att det supermassiva centrala objektet och galaxens mörka materiahalo är två manifestationer av samma, kontinuerliga substans.”
Att efterlikna ett svart håls skugga
Avgörande är att denna fermioniska mörka materia-modell redan har klarat ett viktigt test. En tidigare studie av Pelle och hans team, som också publicerades i MNRAS, visade att när en ackretionsskiva belyser dessa täta mörka materia-kärnor, kastar de en skuggliknande bild som är slående lik den som avbildats av Event Horizon Telescope (EHT)-samarbetet för Sgr A*.
”Detta är en avgörande punkt”, säger huvudförfattaren Valentina Crespi från Institutet för astrofysik i La Plata.
”Vår modell förklarar inte bara stjärnornas banor och galaxens rotation, utan stämmer också överens med den berömda bilden av ’svarta hålets skugga’. Den täta mörka materian kärnan kan efterlikna skuggan eftersom den böjer ljuset så starkt att det skapas en central mörk punkt omgiven av en ljus ring.”
Testning av det nya scenariot för mörk materia
Forskarna jämförde statistiskt sin fermioniska mörk materia-modell med den traditionella svarta hål-modellen.
De fann att även om aktuella data för de inre stjärnorna ännu inte kan skilja mellan de två scenarierna på ett avgörande sätt, ger mörk materia-modellen ett enhetligt ramverk som förklarar galaxens centrum (centrala stjärnor och skugga) och galaxen i stort.
Den nya studien banar väg för framtida observationer. Mer exakta data från instrument som GRAVITY-interferometern på Very Large Telescope i Chile och sökandet efter den unika signaturen från fotonringar – ett viktigt kännetecken för svarta hål som saknas i scenariot med mörk materia – kommer att vara avgörande för att testa förutsägelserna i denna nya modell, säger författarna.
Resultatet av dessa fynd kan potentiellt omforma vår förståelse av den grundläggande naturen hos den kosmiska jätten i hjärtat av Vintergatan.
Publiceringsinformation
V Crespi et al, The dynamics of S-stars and G-sources orbiting a supermassive compact object made of fermionic dark matter, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2026). DOI: 10.1093/mnras/staf1854
