No se puede negar que algo masivo acecha en el corazón de la Vía Láctea, pero un nuevo estudio se pregunta si un agujero negro supermasivo es la única explicación posible.
Todas las mediciones tomadas del centro galáctico hasta la fecha son consistentes con un objeto muy denso alrededor de 4 millones de veces más masivo que el Sol. Sin embargo, según el nuevo artículo, si entrecierras un poco los ojos, toda esa evidencia también puede aplicarse a una masa gigante y compacta de materia oscura fermiónica, sin horizonte de sucesos.
Actualmente no tenemos la precisión observacional para distinguir entre estos dos modelos. Sin embargo, una composición de materia oscura del núcleo galáctico daría a los astrónomos una nueva herramienta para interpretar la estructura de la materia oscura de toda la galaxia.
“No estamos simplemente reemplazando el agujero negro por un objeto oscuro; estamos proponiendo que el objeto central supermasivo y el halo de materia oscura de la galaxia son dos manifestaciones de la misma sustancia continua”, explica el astrofísico Carlos Argüelles del Instituto de Astrofísica de La Plata en Argentina.
La materia oscura es uno de los mayores misterios del Universo. Los científicos pueden calcular la cantidad de materia normal que hay en el Universo con gran precisión. Sin embargo, una vez que se suma todo eso, en realidad hay mucha más gravedad de la que puede explicar.
Lo que sea que sea responsable de toda esa gravedad extra no absorbe ni emite luz; sólo sabemos que existe debido a su influencia gravitacional. Esa es la materia oscura. Y es responsable de tanta gravedad que constituye aproximadamente el 84 por ciento del presupuesto de materia del Universo.
La forma en que los científicos confirmaron la presencia y midieron la masa de un objeto masivo en el corazón de la Vía Láctea también involucró la gravedad: rastrear las largas trayectorias circulares y las velocidades cambiantes de las estrellas de alta velocidad que orbitan el centro galáctico.
La explicación más clara para esa masa, que implica la menor cantidad de suposiciones, es que se trata de un agujero negro supermasivo, llamado Sagitario A* (Sgr A*). En 2022, una imagen obtenida por la colaboración del Event Horizon Telescope (EHT) incluso parecía mostrar la “sombra” del agujero negro.
Pero no es la única explicación. Por ejemplo, investigaciones anteriores demostraron que un disco de acreción ardiendo alrededor de una masa concentrada de materia oscura podría producir una sombra notablemente similar a la tomada por el EHT.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>Dirigido por la astrofísica Valentina Crespi del Instituto de Astrofísica de La Plata, un equipo internacional quería extrapolar esto aún más: ¿podrían las órbitas observadas de las estrellas alrededor de Sgr A* explicarse también por un núcleo de materia oscura?
Algunos modelos de materia oscura son tenues y difusos, pero un candidato permite grupos densos: materia oscura fermiónica, partículas que obedecen reglas cuánticas que les impiden ser aplastadas infinitamente, de manera similar a la forma en que los electrones y neutrones se niegan a ser agrupados por debajo de un cierto límite de densidad.
El resultado teórico es una masa ultradensa y gravitacionalmente estable, similar en principio a una enana blanca o una estrella de neutrones, pero hecha de fermiones de materia oscura, en lugar de partículas de materia normal.
Entonces surge la pregunta: si tal objeto estuviera ubicado en el centro galáctico, ¿habría una diferencia en la forma en que se comportarían las estrellas en órbita?
Hay una serie de lo que llamamos estrellas S cuya intrincada danza alrededor del centro galáctico rastrea el potencial gravitacional de la masa allí contenida. El más importante de estos trazadores es una estrella llamada S2, porque tiene una órbita relativamente corta de 16 años que ha sido observada y caracterizada con exquisito detalle.
Los investigadores modelaron el comportamiento de S2, tanto para una interpretación convencional de agujero negro de Sgr A*, como para su masa fermiónica de materia oscura.
Ambos modelos reprodujeron el movimiento de la estrella con niveles de precisión casi idénticos. Entonces, esto no nos dice que Sgr A* sea materia oscura; nos está diciendo que podría ser, pero no tenemos datos suficientes para poder decirlo en este momento.
Sin embargo, hay otro punto a favor de la materia oscura fermiónica. El mapa de la Vía Láctea de la nave espacial Gaia, el más completo hasta la fecha, muestra que la rotación de la galaxia se está desacelerando a mayores distancias del centro galáctico.
Los investigadores afirman que este llamado declive kepleriano se explica más fácilmente por un vasto y extendido halo de materia oscura fermiónica que envuelve la Vía Láctea que otros modelos de materia oscura.
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“Esta es la primera vez que un modelo de materia oscura ha logrado unir con éxito estas escalas tan diferentes y diversas órbitas de objetos, incluida la curva de rotación moderna y los datos de las estrellas centrales”, dice Argüelles.
Observaciones futuras podrían ayudar a resolver la fascinante cuestión de la verdadera naturaleza de Sgr A*. Por ejemplo, las observaciones a largo plazo pueden revelar pequeñas características de las órbitas estelares que inclinan la explicación en una dirección u otra. Las estrellas que orbitan más cerca de Sgr A* que de S2 también pueden contener pistas.
Además, futuras observaciones con el Event Horizon Telescope pueden revelar detalles más finos de la región de curvatura de la luz alrededor de Sgr A*. Ciertas características asociadas con la gravedad extrema de un agujero negro, como un anillo de fotones bien definido, podrían estar ausentes o alteradas si el objeto central fuera en cambio un núcleo de materia oscura sin horizonte.
La investigación ha sido publicada en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.