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银河系中心或许并非是一个超大质量黑洞,而是密度很大的暗物质团

2021-05-22 14:27 前瞻网   

 

银河系中心或许并非是一个超大质量黑洞,而是密度很大的暗物质团

图片来源:Animation of S2's periapsis. (ESO/M.Kornmesser)

我们想当然地认为在银河系中心有一个超大质量的黑洞,但我们没法儿实地检查。如果在这片神秘区域上还潜伏着别的东西呢?

通过它对其他物体的引力效应,比如围绕银河系中心的恒星等物体的极端轨道,我们部分地推断出一个名为人马座A * (Sgr A*)的超大质量黑洞的存在和性质,这是但如果我们错了呢?

如果它根本就不是黑洞呢?如果它是暗物质的核心呢?根据一项新的和有趣的研究中,这些观察到的星系中心的轨道、轨道速度以及外部区域的星系,可能会更容易解释如果在星系的中心,这是一个核心的暗物质,而不是一个黑洞。

该论文已被MNRAS Letters接受,目前可在预印本服务器arXiv获得。但首先,需要介绍一下这个疯狂假设的背景。

在过去的二十年里,一颗名为S2的恒星的轨道一直是人们密切关注的对象。它围绕银河系中心运行了16年,这是一个长长的椭圆环,是迄今为止广义相对论最极端测试之一的完美实验室。

在之前的研究中,两个独立的团队表明,相对论不仅适用于银河系中心的时空环境,而且结果也与一个质量为太阳400万倍的超大质量黑洞相一致。

然后出现了一个叫做G2的物体。同样在一个长椭圆轨道上,G2在2014年的近心点(即其轨道上最接近公认黑洞的点)出现时做了一些奇怪的事情。它从一个正常的、紧实的物体变成了一个长而伸展的物体,然后又收缩回一个紧实的物体。

这真的很奇怪,G2的性质仍然未知。但无论它是什么,天体的运动在近日点之后似乎表现出了阻力——根据总部位于意大利的国际相对论天体物理中心‪Eduar Antonio Becerra-Vergara领导的天体物理学家团队的说法,这与黑洞模型并不完全一致。

研究人员显示,去年,S2和G2符合一种不同的模式, 即使有那种奇怪的后锥体运动:暗物质费米子,别名“darkninos”,质量虽轻但也有分量,不会看到它们陷入一个黑洞,除非至少有100倍的东西。

这将使它仍然作为一个巨大的、密集的斑点停留在银河系的中心,并被其边缘的弥散雾所包围,一直延伸到银河系的范围。

不过,S2和G2并不是绕银河系中心运行的唯一天体。因此,现在研究人员已经将他们的模型扩展到17颗最典型的围绕银河系中心旋转的恒星,即S星。

根据研究人员的计算,在星系中心可能有一个密度很大的暗物质团,在星系边缘变薄,形成弥散的聚集。

正如之前所报道的,暗物质无疑是我们所知的宇宙中最大的谜团之一。这是我们给一种神秘的质量命名,它负责引力效应,不能用我们可以通过其他方法探测到的物质来解释,如恒星、尘埃和星系。

例如,如果星系只是受到正常物质的引力影响,那么它们的旋转速度要比它们应该的快得多;引力透镜效应——大质量物体周围时空的弯曲——比它应有的强度强得多。造成这种额外引力的原因超出了我们的直接探测能力。

我们只知道它对其他物体的引力效应…听起来很熟悉吗?但是活跃的星系核,比如宇宙中最上镜的超大质量黑洞M87*(大约是太阳质量的65亿倍),似乎更符合黑洞模型。

该团队提出,在一个临界质量之上,一个暗物质团块可以通过引力坍缩成一个超大质量黑洞。这可能有助于解释超大质量黑洞最初是如何产生的,因为我们不知道它们是如何变得这么大的——当然也不知道它们是如何在其应该有时间形成之前,在早期宇宙中出现的。

宇宙中大约80%的物质被认为是暗物质。没有足够的黑洞,超大质量的或其他的,来解释所有这些暗物质,但该团队并没有提出这就是所有物质所在的地方。相反,他们的方法提供了一个暗物质候选者,也可以帮助解释超大质量黑洞的存在。

未来的分析要么同意他们的发现,要么戳破他们发现的漏洞,只能帮助限制这些现象,最终让我们更接近真相。

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责任编辑: 4126TJ

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