가장 안쪽의 별이 중심에 있는 거대한 블랙홀이 아닌 밀도가 높은 암흑 물질 중심 주위를 거의 상대론적 속도로 움직이는 은하수를 예술적으로 표현한 것입니다. 신용:Valentina Crespi 외. 천문학자들은 초대질량 블랙홀이 은하수를 고정하고 있다는 데 압도적으로 동의합니다. 그러나 새로운 이론적 분석은 훨씬 더 추측적인 가능성, 즉 블랙홀이 아니라 그것을 모방할 수 있을 만큼 강력한 암흑 물질의 조밀한 매듭을 탐구합니다.
왕립천문학회 월간 공지에 게재된 제안 , 파악하기 어려운 입자로 만들어진 단일 구조를 사용하여 은하계 중심 근처에 있는 별의 광란적인 움직임과 그 너머 훨씬 더 느린 물질의 회전을 모두 설명하려고 시도합니다.
보이지 않는 질량 주위를 휘젓는 별, 특히 S2라고 불리는 밝은 별에 대한 이전 관측에서는 태양 질량의 약 400만 배에 달하는 물체를 가리켰습니다. 표준 해석은 궁수자리 A*로 알려진 블랙홀입니다. 그러나 새로운 연구는 간단한 질문을 던지고 있습니다. 암흑 물질만으로도 동일한 중력을 생성할 수 있습니까?
변장한 암흑물질
연구자들은 암흑 물질 덩어리를 페르미온이라고 불리는 가벼운 입자의 바다로 모델링했습니다. 중력에 의해 이 입자들은 은하계를 가로질러 뻗어 있는 광대한 후광으로 둘러싸인 조밀한 중심 핵으로 모일 수 있습니다.
그러한 구성은 멀리서 보면 블랙홀처럼 행동할 것입니다. 밀도가 높은 핵은 천문학자들이 관찰하는 빡빡하고 빠른 궤도를 따라 근처 별들을 조종할 수 있는 반면, 확장된 후광은 은하수의 전체 회전을 형성할 수 있는데, 이 두 가지 현상은 일반적으로 별도로 설명됩니다.
연구 공동저자인 라플라타 천체물리학 연구소의 카를로스 아르구엘레스(Carlos Argüelles)는 “암흑 물질 모델이 현대 회전 곡선과 중심 별 데이터를 포함하여 이렇게 크게 다른 규모와 다양한 물체 궤도를 성공적으로 연결한 것은 이번이 처음입니다.”라고 말했습니다.
그는 성명에서 “우리는 블랙홀을 단지 암흑 물체로 대체하는 것이 아니라 초대질량 중심 물체와 은하계의 암흑 물질 후광이 동일하고 연속적인 물질의 두 표현임을 제안하고 있다”고 덧붙였다.
아이디어를 테스트하기 위해 팀은 S별의 궤도와 은하 중심 근처의 G 소스로 알려진 먼지가 많은 물체 세트를 다양한 모델이 얼마나 잘 재현하는지 비교했습니다. 통계 기법을 사용하여 그들은 암흑 물질 시나리오가 기존 블랙홀 모델만큼 관찰된 움직임과 거의 일치할 수 있음을 발견했습니다. 대부분의 경우 예측된 궤도 매개변수는 현재 관측 불확실성 내에서 약 1% 미만의 차이를 보였습니다.
또한 이 모델은 별이 은하수를 가로질러 이동하는 방법을 매핑하는 유럽 우주국의 Gaia 임무 데이터와 자연스럽게 연결됩니다. 가이아의 측정은 은하의 외부 회전이 미묘하게 느려지는 것을 보여줍니다. 이는 페르미온 암흑물질 헤일로가 원반과 팽대부의 일반 물질과 결합할 때 재현할 수 있는 특징입니다.
블랙홀의 그림자 모방
궁수자리 A* 주변의 뜨거운 물질로 이루어진 빛나는 고리. 신용:위키미디어 공용 블랙홀에 대한 대안은 천문학의 가장 중요한 관측 중 하나인 2022년 사건 지평선 망원경(Event Horizon Telescope)으로 촬영한 궁수자리 A* 주위의 빛나는 고리를 설명해야 합니다. 천체 물리학자들은 이 고리를 블랙홀의 사건 지평선 주위에 렌즈를 댄 뜨거운 플라즈마의 방출로 널리 해석합니다.
그러나 이전의 이론적 연구에서는 강착 원반에 의해 조명된 조밀한 암흑 물질 핵이 비슷한 그림자를 드리울 수 있음을 보여주었습니다. 새로운 연구는 그러한 가능성을 더욱 강화했습니다.
주저자인 라플라타 천체물리학 연구소 발렌티나 크레스피(Valentina Crespi)는 "우리 모델은 별의 궤도와 은하계의 회전을 설명할 뿐만 아니라 유명한 '블랙홀 그림자' 이미지와도 일치한다. 밀도가 높은 암흑 물질 핵은 빛을 매우 강하게 휘게 하여 밝은 고리로 둘러싸인 중앙의 어둠을 만들기 때문에 그림자를 흉내낼 수 있다"고 말했습니다.
그럼에도 불구하고 연구자들은 현재의 관측으로는 두 사진 중 하나를 결정적으로 선택할 수 없다고 강조합니다. 별의 움직임에 대한 측정은 블랙홀과 조밀한 암흑물질 핵 모두에서 일관성을 유지합니다.
향후 관찰을 통해 동점을 깨뜨릴 수 있습니다. 칠레의 GRAVITY 간섭계와 같은 장비는 항성 궤도에서 미묘한 상대론적 효과를 감지할 수 있으며, 미래의 사건 지평선 망원경(Event Horizon Telescope) 관측은 실제 블랙홀 주변에서 예상되지만 암흑 물질 시나리오에서는 없는 특징인 광자 고리 구조를 조사할 수 있습니다.
초대질량 블랙홀에 대한 증거는 지금까지 연구된 거의 모든 거대 은하의 중심에 있으며, 블랙홀의 성장은 은하 진화 자체와 연관되어 있는 것으로 보입니다.
이러한 깊은 연관성으로 인해 은하수의 블랙홀을 암흑 물질로 대체하면 천체 물리학에 파급력이 생길 것입니다. 이는 과학자들이 은하 형성, 극한 중력 하의 물질, 암흑 물질의 본질을 이해하는 방식을 바꿀 수 있습니다.
그럼에도 불구하고, 특별한 주장에는 특별한 증거가 필요합니다. 새로운 연구는 블랙홀이 없다는 것을 확실히 보여주지는 않는다. 대신, 세계에서 가장 강력한 망원경으로 수십 년 동안 연구한 지역에서도 여전히 불확실한 부분이 얼마나 많은지 드러냅니다.
