ダークマターコア対ブラックホール：天の川銀河中心に挑む新理論

天文学者たちは、超大質量ブラックホールが天の川を支えているということに圧倒的に同意している。しかし、新しい理論的分析では、はるかに推測的な可能性が探求されています。それは、ブラック ホールではなく、ブラック ホールを模倣するのに十分な強力な暗黒物質の密集した塊であるということです。

この提案は王立天文学協会の月刊通知に掲載されました。 は、とらえどころのない粒子でできた単一の構造を使用して、銀河中心近くの星の狂った動きと、そのはるか彼方にある物質のゆっくりとした回転の両方を説明しようとしています。

目に見えない質量、特にS2と呼ばれる明るい星の周りを飛び回る星に関するこれまでの観測では、その天体が太陽の質量の約400万倍であることが示されている。標準的な解釈は、射手座 A* として知られるブラック ホールです。しかし、新しい研究は単純な質問をしています。暗黒物質だけでも同じ重力を生み出すことができるでしょうか?

変装したダークマター

研究者らは、暗黒物質の塊をフェルミオンと呼ばれる軽量粒子の海としてモデル化した。重力下では、これらの粒子は、銀河全体に広がる広大なハローに囲まれたコンパクトな中心核に集まる可能性があります。

このような構成は、遠くから見るとブラック ホールのように動作します。高密度の核は、天文学者が観察するタイトで高速な軌道に沿って近くの星を操縦する可能性があり、一方、拡張されたハローは天の川全体の回転を形作る可能性があり、通常、これら 2 つの現象は別々に説明されます。

研究の共著者であるラプラタ天体物理学研究所のカルロス・アルグエルス氏は、「暗黒物質モデルが、現代の回転曲線や中心星のデータを含め、これらの大きく異なるスケールとさまざまな天体の軌道をうまく橋渡しすることに成功したのは初めてだ」と述べた。

「私たちは、単にブラック ホールを暗黒天体に置き換えているだけではありません。超大質量中心天体と銀河の暗黒物質ハローは、同じ連続した物質の 2 つの現れであると提案しています」と彼は声明で付け加えました。

このアイデアをテストするために、研究チームは、S 星と銀河中心近くの G 源として知られる一連の塵のような天体の軌道を、さまざまなモデルがどの程度再現しているかを比較しました。彼らは、統計手法を使用して、暗黒物質のシナリオが、従来のブラックホール モデルとほぼ同じくらい密接に観測された動きと一致できることを発見しました。多くの場合、予測された軌道パラメータの差は約 1% 未満であり、現在の観測の不確実性の範囲内に十分収まっています。

このモデルは、星が天の川を横切る様子をマッピングする、欧州宇宙機関のガイアミッションからのデータとも自然に結びついています。ガイアの測定により、銀河の外側の回転が微妙に遅くなっていることが明らかになりました。これは、フェルミオン暗黒物質ハローが円盤やバルジ内の通常の物質と結合したときに再現できる特徴です。

ブラックホールの影を模倣する

ブラック ホールの代替となるものは、天文学の最も重要な観測の 1 つである、射手座 A* の周りの輝くリング (2022 年イベント ホライゾン望遠鏡によって撮影) を説明する必要があります。天体物理学者は、このリングをブラック ホールの事象の地平線の周りにレンズを張った高温プラズマからの放射であると広く解釈しています。

しかし、初期の理論研究では、降着円盤によって照らされた高密度の暗黒物質コアが同様の影を落とす可能性があることが示されました。新しい研究はその可能性にさらに基づいています。

「これは極めて重要な点です。私たちのモデルは、星の軌道と銀河の回転を説明するだけでなく、有名な『ブラック ホールの影』のイメージとも一致します。高密度の暗黒物質コアは光を非常に強く曲げ、明るいリングで囲まれた中心の暗闇を作り出すため、影を模倣することができます。」

それでも研究者らは、現在の観察では2つの写真のどちらかを決定的に選択することはできないと強調している。星の運動の測定結果は、ブラック ホールとコンパクトな暗黒物質コアの両方と一致しています。

今後の観察により、この関係が崩れる可能性があります。チリにある GRAVITY 干渉計などの機器は、恒星の軌道における微妙な相対論的効果を検出できる可能性があります。また、将来のイベント ホライゾン テレスコープの観測では、フォトンリングの構造を調べる可能性があります。この特徴は、真のブラック ホールの周囲に期待されていますが、暗黒物質のシナリオには存在しません。

超大質量ブラックホールの証拠は、これまでに研究されたほぼすべての大きな銀河の中心に存在しており、その成長は銀河の進化そのものと結びついているようです。

その深い関係のため、天の川のブラックホールを暗黒物質に置き換えることは、天体物理学全体に波及するでしょう。それは、科学者が銀河の形成、極度の重力下での物質、暗黒物質の性質を理解する方法を変える可能性があります。

それでも、異常な主張には異常な証拠が必要です。新しい研究は、ブラックホールが存在しないことを明確に示しているわけではありません。むしろ、世界で最も強力な望遠鏡で数十年研究されてきた地域であっても、依然として不確実な部分がいかに多いかを明らかにしています。