在我們的銀河系中心，有一個極為沉重的物體在操控著一切。那裡的恆星以驚人的速度環繞著它，氣體加熱並發出光芒，甚至連光線本身似乎也在彎曲。多年來，天文學家將這個物體視為一個確定的案例：一個名為 Sagittarius A* 的超大質量黑洞。然而，一項新的研究表明，我們可能一直在誤識這個罪魁禍首。銀河系的核心可能充滿了一種異常、超密集的暗物質，這種暗物質如此緊湊，以至於它的行為類似於黑洞，但實際上並不是黑洞。如果這個想法是正確的，將會改變科學家對黑洞的看法，以及暗物質在整個銀河系結構中的角色。
在銀河物理學中，長期以來存在著一個關鍵問題，那就是尺度。在靠近銀河系中心的地方，天文學家追踪所謂的 S 星的運動，這些星星以每秒數千公里的速度在無形的中心物體周圍進行極為緊湊的軌道運行。這些運動要求存在一個既大又緊湊的物體。在距離銀河中心更遠的地方，數萬光年之外，銀河的行為則截然不同。例如，恆星的運行速度變得更慢，來自歐洲太空局 Gaia DR3 任務的最新測量顯示，隨著距離的增加，這種旋轉呈現出類似於古典的開普勒運動。
傳統上，這兩個區域的解釋使用不同的成分：中心是超大質量黑洞，而周圍則是擴展的冷暗物質雲。問題在於，這些模型並不自然地連接起來。“這種無邊界的配置可以再現 S2 軌道的相對論效應，同時作為一個單一的連續結構，其擴展的光暈再現了最新的 GAIA-DR3 旋轉曲線，”研究作者指出。標準的冷暗物質光暈通常會平滑地擴展，遵循著不容易再現銀河觀察到的旋轉曲線的長尾，特別是 Gaia 所見的開普勒衰減。這種脫節促使研究人員探索另一種可能性。
研究團隊採取了不同的方法，專注於費米暗物質——遵循量子規則，阻止它們無限期地被擠壓到同一空間的粒子。在他們的模型中，暗物質粒子被假設具有特定的質量範圍，這使得量子效應在銀河尺度上變得重要。當足夠的這種物質累積時，它會形成一個穩定的、極其密集的中央核心，周圍環繞著一個更為稀疏的光暈。這個單一結構同時執行了兩項任務。緊湊的核心可以再現 S 星的觀察軌道及附近被塵埃包裹的物體稱為 G 源的運動，施加的引力幾乎與超大質量黑洞所預期的相同。
同時，周圍的光暈自然解釋了銀河在大距離時的旋轉減慢，當與銀河盤和隆起的普通物質的質量相結合時，這一點尤其明顯。與標準的暗物質模型不同，費米光暈在大半徑時變得更加緊湊，這有助於解釋為何 Gaia 看到的軌道速度顯著下降。研究團隊還解決了一個重要的觀察測試，儘管這並不僅限於本研究。在之前的相關工作中，研究人員顯示，當熱氣體向如此密集的暗物質核心落下時，光的彎曲會產生一個暗的中央區域，周圍環繞著明亮的環。這種陰影般的特徵與事件視界望遠鏡捕捉到的 Sagittarius A* 圖像非常相似，即使暗物質核心並不存在事件視界。
如果銀河系的中心確實以費米暗物質為主導，那麼這將意味著銀河的中央物體及其暗物質光暈並不是獨立的組成部分。“我們並不是只是用一個暗物體來取代黑洞；我們提出超大質量中央物體和銀河的暗物質光暈是同一種連續物質的兩種表現，”這項研究的作者之一、拉普拉塔天體物理學研究所的科學家 Carlos Argüelles 表示。這將提供一種首個統一解釋，將銀河中心附近的極端引力與銀河的宏觀結構聯繫起來。這也可能影響天文學家如何解釋其他銀河中的黑洞候選者，並指導未來識別暗物質真實粒子性質的努力。
然而，這個想法尚未定論。根據目前的數據，銀河中心附近恆星的運動仍然可以同樣好地用黑洞或密集的暗物質核心來解釋。這兩種情境之間的區別僅在於微妙的方面。一個關鍵的區別是光子環的存在——真黑洞周圍預期的特定光模式，但在暗物質核心模型中則缺失。未來使用如 GRAVITY 干涉儀和改進的事件視界望遠鏡等儀器的觀測將至關重要。“更準確的數據，特別是來自更接近 Sgr A 的恆星，是統計區分所考慮模型所必需的，”研究作者表示。至今為止，這項研究已經改變了辯論顯示，即使在我們宇宙鄰近的最佳已知結構中，仍然可能存在重新解釋的空間。這項研究發表在《皇家天文學會月刊》上。
