חומר אפל פרמיוני יכול להחליף חור שחור בליבת שביל החלב

חוקרים מציעים הסבר חלופי לעצם המאסיבי הממוקם במרכז שביל החלב. במקום חור שחור סופר מסיבי, מזל קשת A* יכול להיות מקבץ צפוף של חומר אפל פרמיוני. ההשערה נובעת ממודלים תיאורטיים המשחזרים במדויק תצפיות של מסלולי כוכבים ופליטות רדיו שנאספו במשך עשרות שנים. בניגוד לחורים שחורים, מודל זה נמנע מסינגולריות שבהן חוקי הפיזיקה הנוכחיים קורסים.

מודל תיאורטי שפותח על ידי חוקרים ארגנטינאים

הצוות בראשות החוקרת ולנטינה קרספי, מהאוניברסיטה הלאומית של לה פלאטה, פיתח חישובים המצביעים על כדאיות המבנה החלופי הזה. המודל משתמש בחלקיקי חומר אפל ניטרליים בעלי מסה של כ-300 keV ליצירת גרעין קומפקטי. תצורה זו יוצרת את שדה הכבידה הדרוש כדי להסביר את התנועה המואצת של כוכבים קרובים למרכז הגלקטי, בדיוק דומה לזה של חור שחור רגיל.

הפער בין המודל המסורתי לחלופה זו הוא מתחת ל-1% במדידות מסלול. מרווח קטן זה מקשה על הבחנה בין שתי ההשערות עם מכשירים נוכחיים. תצפיות עתידיות ברזולוציה גבוהה יותר יכולות לספק נתונים מכריעים לאמת או להפריך את הרעיון.

תופעות תצפיתיות התומכות בשתי הפרשנויות

• כוכב S2 מגיע למהירויות של עד 7,000 קילומטרים לשנייה במסלול הקרוב ביותר שלו.
• ענני גז הידועים כ-G-objects עוקבים אחר מסלולים התואמים את כוח הכבידה האינטנסיבי שנצפה.
• תמונה שצולמה על ידי טלסקופ אופק אירועים בשנת 2022 מציגה צל מעגלי התואם הן לחור השחור והן לצביר המוצע.

בשנת 2022, טלסקופ אופק האירועים הפיק את התמונה הישירה הראשונה של הצל שמטיל העצם, וחשף מבנה התואם תחזיות מתורת היחסות הכללית. מכשירי רנטגן כמו צ’נדרה מתעדים פליטות אינטנסיביות המגיעות מהאזור סביב קשת A*. אסטרונומים עוקבים אחרי תנועת כוכבים כמו S2 במשך שנים, המשלימים מסלולים בפרקי זמן קצרים ומגיעים למהירויות קיצוניות, הדורשות ריכוז מסה שווה ערך לכ-4.3 מיליון מסות שמש בנפח קטן יחסית.

מבנה אשכול ופיזור מסה

צביר החומר האפל יהווה ליבה צפופה האחראית על רוב המסה המרוכזת. במקביל, הילה מפוזרת יותר של חומר אפל תתפרש על פני האזורים החיצוניים של הגלקסיה. התפלגות כפולה זו עוזרת להסביר לא רק את ההתנהגות ליד המרכז, אלא גם את עקומות הסיבוב שנצפו בכוכבים רחוקים יותר.

החומר האפל הפרמיוני הנייטרלי המוצע מציג תכונות המאפשרות היווצרות של עצם יציב מבלי להתמוטט לכדי ייחוד. בניגוד לחורים שחורים, שבהם תורת היחסות הכללית מנבאת צפיפות אינסופית בנקודה, הצביר שומר על התפלגות סופית של מסה. תכונה זו פותרת שאלות תיאורטיות מתמשכות לגבי התנהגות כוח הכבידה בקנה מידה קיצוני.

תאימות עם תופעות גלקטיות רחבות יותר

השערת צביר החומר האפל מתיישרת גם עם הבעיה של עקומות סיבוב גלקטיות. כוכבים באזורים ההיקפיים של שביל החלב מסתובבים במהירויות גבוהות מהחזוי על ידי חומר גלוי בלבד. ההילה החיצונית של החומר האפל תספק את כוח הכבידה הנוסף הנדרש כדי לשמור על מסלולים אלה יציבים ולהסביר את התנועה הקולקטיבית של הכוכבים.

חוקרים מדגישים שחומר אפל כבר מופעל כדי להסביר את המבנה בקנה מידה גדול של היקום. הרחבת תפקידו למרכז הגלקטי תייצג איחוד רעיוני מעניין. הליבה הצפופה תפעל כעוגן כבידה, בעוד שההילה ההיקפית תשפיע על דינמיקת כוכבים בקנה מידה גדול יותר.

פרספקטיבות לאימות תצפית עתידיים

מכשירים בפעולה ובפיתוח יאפשרו בדיקה קפדנית יותר של ההשערה. ניתוחי קיטוב רדיו, ספקטרוסקופיה ברמת דיוק גבוהה וניטור רציף של כוכבים סמוכים יעזרו לחדד את המודלים. כל אי-התאמות שהצטברו לאורך זמן עשויות להצביע על התיאור המתאים ביותר למציאות הפיזית. ההסבר המסורתי של החור השחור העל-מאסיבי נותר הפשוט והמקובל ביותר על ידי הקהילה המדעית, בהתבסס על עשרות שנים של תצפיות התואמות את תורת היחסות הכללית. עם זאת, חלופת החומר האפל מציעה מוצא מהקשיים המתמטיים הקשורים ביחודיות, ומעשירה את הוויכוח על טבעם הבסיסי של עצמים קומפקטיים ביקום.