“在銀河系的中心,有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞”,這是一個(gè)被普遍認(rèn)同的觀點(diǎn),然而在一項(xiàng)近日發(fā)表在《皇家天文學(xué)會月刊》上的新研究中,科學(xué)家卻提出了一種新的觀點(diǎn),即:我們可能錯(cuò)了,銀河系中心的那個(gè)黑洞可能并不存在,相對來講,它更可能是一團(tuán)極為致密的暗物質(zhì)核心。
根據(jù)介紹,構(gòu)成這個(gè)核心的暗物質(zhì)粒子屬于費(fèi)米子,它們遵循泡利不相容原理,可以在核心內(nèi)部產(chǎn)生一種量子簡并壓力,并以此抵抗自身的引力塌縮,從而能夠在極小的體積內(nèi)保持穩(wěn)定。

科學(xué)家表示,我們之前認(rèn)為銀河系中心有個(gè)超大質(zhì)量黑洞,有一個(gè)重要的原因就是,銀河系中心的那些恒星和氣體云團(tuán)都在圍繞著一個(gè)質(zhì)量很大,體積卻很小的引力源高速運(yùn)動,但這個(gè)引力源不一定就是黑洞,因?yàn)橹旅艿陌滴镔|(zhì)核心也可以起到同樣的效果。
另一方面,根據(jù)此次研究的模擬,在這個(gè)暗物質(zhì)核心的周圍,同樣也可以形成一個(gè)吸積盤結(jié)構(gòu),其投射出的影像,在形狀、大小、明暗分布上,也與事件視界望遠(yuǎn)鏡(Event Horizon Telescope)于2022年5月12日發(fā)布的那張著名的照片非常相似。
那么問題就來了,既然現(xiàn)有的黑洞理論已經(jīng)能夠很好地解釋這些觀測現(xiàn)象,為什么科學(xué)家還要提出這個(gè)新的理論呢?這其實(shí)要從銀河系的整體運(yùn)動狀態(tài)講起。
簡單來講,銀河系是一個(gè)巨大的棒旋星系,根據(jù)科學(xué)家的觀測,以銀河系的旋轉(zhuǎn)速度來看,僅憑我們能夠直接觀測到的物質(zhì)質(zhì)量,其產(chǎn)生的引力根本就無法束縛住這個(gè)龐大的星系,所以科學(xué)家推測,應(yīng)該還有一種我們不可見的物質(zhì)在產(chǎn)生額外的引力。
這種“不可見的物質(zhì)”就是所謂的暗物質(zhì),雖然我們不能直接看到它們的存在,但卻可以間接觀測到它們產(chǎn)生的引力效應(yīng)。
也正因?yàn)槿绱耍L期以來,一個(gè)普遍被認(rèn)同的理論就是,在銀河系之中,除了我們能直接觀測到的普通物質(zhì)之外,還存在大量的暗物質(zhì),正是有了它們產(chǎn)生的引力,銀河系才不會因?yàn)檗D(zhuǎn)速過快而分崩離析。
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但問題是,當(dāng)科學(xué)家用這種理論去描述真實(shí)的銀河系時(shí),往往需要不斷調(diào)整各種參數(shù)(比如暗物質(zhì)在星系中的具體分布方式),才能勉強(qiáng)與觀測數(shù)據(jù)吻合,這種“靠調(diào)參數(shù)才能對上”的做法,就強(qiáng)烈暗示了,我們有可能缺少一個(gè)更統(tǒng)一、更自然的理論框架。
實(shí)際上,此次研究正是給出了這樣一種理論,我們可以將其簡單地理解為:暗物質(zhì)并不是隨機(jī)存在于銀河系之中,而是從中心到外側(cè)形成了一種連續(xù)的結(jié)構(gòu),它們在銀河系中心被引力壓縮成一個(gè)極其致密的核心,在更遠(yuǎn)的地方則逐漸變得稀疏,演化成包裹整個(gè)銀河系的暗物質(zhì)暈。
科學(xué)家指出,這個(gè)理論既能夠解釋銀河系中心附近恒星和氣體云團(tuán)的高速運(yùn)動,也可以解釋整個(gè)銀河系在大尺度上的整體運(yùn)動狀態(tài)。
重要的是,在描述真實(shí)的銀河系時(shí),它不需要“靠調(diào)參數(shù)才能對上”這樣的做法,而根據(jù)該理論建立的計(jì)算機(jī)模型,其得到的模擬結(jié)果與蓋亞衛(wèi)星 DR3 任務(wù)(第三批數(shù)據(jù)發(fā)布)所提供的觀測數(shù)據(jù)非常吻合,甚至在一些關(guān)鍵指標(biāo)上,這種“統(tǒng)一的暗物質(zhì)結(jié)構(gòu)”模型還比傳統(tǒng)的“中心黑洞 + 暗物質(zhì)”模型更貼近真實(shí)情況。
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而這也就意味著,銀河系中心的那個(gè)黑洞可能并不存在,相對來講,它更可能是一團(tuán)極為致密的暗物質(zhì)核心。
科學(xué)家表示,我們是可以通過實(shí)際觀測來驗(yàn)證這個(gè)理論的,因?yàn)榘凑諒V義相對論的預(yù)測,真正的黑洞會在事件視界附近產(chǎn)生一種獨(dú)特的多重光子環(huán)結(jié)構(gòu),這是光線在強(qiáng)引力作用下反復(fù)繞行后形成的,而暗物質(zhì)致密核心不存在事件視界,因此不會具備同樣的光子環(huán)特征。
就目前的情況來看,相關(guān)的研究仍在進(jìn)行之中,期待在未來的日子里,科學(xué)家能有更多的發(fā)現(xiàn)。
參考資料:The dynamics of S-stars and G-sources orbiting a supermassive compact object made of fermionic dark matter, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2026). DOI: 10.1093/mnras/staf1854
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