9 Minute
Imaginează-ți centrul galaxiei noastre fără orizontul evenimentelor — niciun punct fără întoarcere, nicio lumină devorată pentru totdeauna. Ciudat, nu-i aşa? Decenii la rând, astronomii au explicat gravitaţia extremă din inima Căii Lactee printr-un singur obiect compact: o gaură neagră supermasivă numită Sagittarius A*, cu o masă de ordinul a patru milioane de sori. Totuşi, un studiu recent ne împinge să lărgim această perspectivă. Ce-ar fi dacă masa pe care o deducem din orbitele stelelor nu este o singularitate abisală, ci un miez dens, fără orizont, alcătuit din materie întunecată?
Datele care au condus la interpretarea cu gaura neagră sunt elegante şi directe: stelele din apropierea centrului galactic se învârt pe orbite strânse şi rapide. Urmărind acele traiectorii, cartografiem potenţialul gravitaţional. Steaua S2, cu o perioadă de aproximativ 16 ani şi o orbită foarte eliptică, a devenit piatra de hotar. Măsurile sale, obţinute cu precizie excepţională prin astrometrie şi spectroscopie, indică o masă compactă situată acolo unde se presupune că se află Sgr A*. În 2022, Event Horizon Telescope a adăugat dramatism vizual printr-o imagine care seamănă cu o umbră a unei găuri negre. Convingător. Puternic. Nu neapărat unic.
Imaginea Event Horizon Telescope a lui Sagittarius A*.
Fermioni, presiune și un miez de alt tip
Materia întunecată este scheletul invizibil al cosmosului. Nu străluceşte, nu absoarbe lumina în moduri pe care le putem măsura direct, dar atracţia sa gravitaţională modelează galaxiile şi curbează traiectoria fotonilor la scări observabile. Majoritatea modelelor de materie întunecată imaginează un halou difuz care înconjoară galaxii. Totuşi nu toate teoriile sunt difuze. O clasă — materia întunecată fermionică — propune particule care respectă principiul de excluziune Pauli, regula cuantică care împiedică fermionii identici să ocupe acelaşi statut cuantic. Consecinţa? O formă de presiune degenerativă, cunoscută din stelele pitice albe şi stelele neutronice, capabilă să susţină o configuraţie compactă şi stabilă alcătuită în întregime din particule întunecate.
În parametri potriviţi de masă şi interacţiune, fermionii materia întunecată pot se coagula într-un miez ultrades, a cărui influenţă gravitaţională mimează aceea a unei găuri negre peste intervalul sondat de observaţiile curente. Crucial: un asemenea miez ar fi lipsit de orizontul evenimentelor. Lumina ar putea încă să scape, dar traiectoria ei şi aspectul gazului care acrează în jur ar putea diferi în mod subtil de cazul unei găuri negre. Diferenţele ar apărea în detalii precum structura inelară a fotonilor, profilul intensităţii radiaţiei şi comportamentul flăcărilor şi al variaţiilor temporale din regiunea imediat adiacentă obiectului central.
Modelarea teoretică a unui miez fermionic ridică, de asemenea, întrebări despre masele particulelor implicate. Pentru a susţine mase de ordinul a milioanelor de sori într-un volum suficient de mic pentru a reproduce observabilele S2, particulele trebuie să aibă proprietăţi specifice — de exemplu o masă intrinsecă şi un regim de degenerescenţă care permit presiunea fermionică necesară. În literatura de specialitate apar variante care includ fermioni relativ uşori (cu mase la scară keV) sau alţi candidaţi; fiecare opţiune implică predictii distincte pentru structura internă şi distribuţia la scară galactică.
Cum testeză stelele şi telescoapele ideea
Valentina Crespi şi colegii ei au creat un model al regiunii centrale a Căii Lactee folosind un miez fermionic compact ca masă centrală şi au comparat mişcările prezise cu cele observate pentru S2 şi mai multe dintre aşa-numitele stele S. Rezultatul: atât modelul cu gaură neagră, cât şi cel cu miezul întunecat reproduc orbitele stelare cu fidelităţi aproape identice în faţa incertitudinilor actuale. Asta nu dovedeşte existenţa miezului întunecat. Mai degrabă, scoate la iveală un punct mort în măsurătorile noastre curente. Observaţiile sunt necesare, dar încă insuficiente pentru a fi decisive.
Există, însă, o piesă suplimentară intrigantă. Harta de mişcări stelare a misiunii Gaia arată că vitezele de rotaţie scad în periferia galaxiei într-un mod compatibil cu o descreştere kepleriană. Cercetătorii susţin că un halou fermionic la scară mare, continuu cu un miez central dens, poate reproduce natural această curbă de rotaţie — legând astfel nucleul şi haloul ca două manifestări ale aceleiaşi substanţe de materie întunecată. Dacă această perspectivă ar fi confirmată, ar reprezenta o schimbare conceptuală importantă: obiectul masiv central şi haloul întunecat mai larg nu ar fi entităţi separate, ci componente ale aceleiaşi distribuţii continue, guvernate de aceleaşi legi fizice.
Declaraţia nu este una de complezenţă. După cum subliniază astrofizicianul Carlos Argüelles de la Institute of Astrophysics La Plata: «Nu înlocuim pur şi simplu gaura neagră cu un obiect întunecat; propunem că obiectul central supermasiv şi haloul de materie întunecată al galaxiei sunt două manifestări ale aceleiaşi substanţe continue.» Limbajul este deliberat. Ipoteza este formulată ca o economie explicativă, nu ca o alternativă forţată.
Unde va veni verificarea? Un traseu este astrometria stelară îmbunătăţită. Urmărirea stelelor care orbitează chiar mai aproape decât S2 — folosind instrumente cu rezoluţie în infraroşu foarte înaltă, precum interferometrul GRAVITY de la VLT şi viitoare versiuni ale acestuia — poate evidenţia mici deplasări ale pericentrului, precesii relativiste şi deviaţii subtile de la traiectoriile prezise de un potenţial punctiform cu orizont. Aceste efecte includ măsurători precise ale redshift-ului gravitaţional şi ale precesiei periastronului, care sunt sensibile la distribuţia internă a masei centrale.
Un alt traseu este al imagisticii. Event Horizon Telescope nu s-a oprit. Imagini la fidelitate mai mare şi la rezoluţii spaţiale şi temporale superioare ar putea clarifica existenţa unui inel bine definit de fotoni şi a unei umbre cu o morfologie specifică, semne caracteristice ale luminii capturate aproape de orizont. Un miez fără orizont ar putea altera sau estompa aceste trăsături: structura inelară s-ar putea dilua, variaţiile temporale ale intensităţii s-ar putea comporta diferit, iar reflexiile de pe o suprafaţă rigidă (dacă aceasta ar exista) ar produce semnale distincte.
Perspective ale experţilor
«Suntem la limita unei măsurători decisive», spune dr. Lina Morales, astrofiziciană şi specialistă în instrumentaţie (personaj fictiv), care studiază obiectele compacte. «Diferenţa dintre un orizont şi o suprafaţă apare în detalii: sincronizarea flare-urilor, structura fină a inelului de fotoni şi modul în care gazul se comportă pe măsură ce se apropie de centru. Fiecare observaţie restrânge spaţiul modelelor. Dacă un miez fermionic se potriveşte tuturor limitelor noi, trebuie luat în serios. Dacă nu, modelul găurii negre îşi păstrează tronul.»
Există consecinţe practice dincolo de taxonomie. O masă centrală fără orizont ar modifica modul în care modelăm fluxul de acreţie, lansarea jeturilor şi feedback-ul energetic în regiunea internă a galaxiei. Ar schimba predicţiile pentru emisia de unde gravitaţionale din inspirale extreme (EMRIs — Extreme Mass Ratio Inspirals) şi ar muta limita asupra proprietăţilor posibile ale particulelor de materie întunecată. Mizele sunt mari, deoarece interpretarea obiectului central influenţează modul în care modelăm formarea şi evoluţia galaxiilor la scară largă.
Aceste consideraţii afectează, de asemenea, integrarea datelor din multiple surse: astrometrie (Gaia, GRAVITY), imagistică sub-milimetrica (EHT şi extinderile sale), observaţii în infraroşu şi în radio, şi semnale potenţiale de unde gravitaţionale viitoare (LISA, de exemplu, ar putea detecta semnale din inspirale care probează potenţialul central). A combina aceste canale de date pe baza unor modele fizice coerente este esenţial pentru a diferenţia un orizont de o suprafaţă susţinută de presiune.
Nimic din cele de mai sus nu trebuie citit ca o negare a fizicii găurilor negre. Relativitatea generală prezice găuri negre într-un mod solid şi consecvent. Ipoteza găurii negre rămâne cea mai simplă potrivire pentru multe seturi de date. Modelele cu miez fermionic extind însă setul de explicaţii plauzibile şi cer date mai clare: orbite stelare mai apropiate, imagistică milimetrică la rezoluţie mai înaltă şi sondaje mai profunde ale rotaţiei galactice.
Trăim într-o eră bogată în date. Instrumentele se îmbunătăţesc constant. Gaia va rafina harta Căii Lactee, EHT va împinge la detalii tot mai fine, iar interferometrele în infraroşu vor urmări stelele din ce în ce mai aproape de centru. Într-un deceniu sau două, diferenţa dintre un orizont al evenimentelor şi un miez compact de materie întunecată nu va mai fi o chestiune filozofică — va fi un fapt observaţional, stabilit de convergenţa multiplilor canale de măsurare.
Pentru moment, Calea Lactee îşi păstrează secretul. Dar cu cât privim mai atent, cu atât creşte probabilitatea de a afla dacă motorul central este o stea invizibilă de fermioni întunecaţi sau o gaură care înghite tot. Oricare ar fi rezultatul, revelaţia va rescrie felul în care înţelegem galaxiile şi materia întunecată, deschizând perspective teoretice şi observaţionale pe care abia începem să le imaginăm.
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu