Nuestra galaxia, la Vía Láctea, podría no tener un agujero negro supermasivo en su centro, sino una enorme masa de misteriosa materia oscura que ejerce la misma influencia gravitacional, según afirman los astrónomos. Creen que esta sustancia invisible, que constituye la mayor parte de la masa del universo, puede explicar tanto la violenta danza de estrellas a tan solo horas luz (usada a menudo para medir distancias dentro de nuestro sistema solar) del centro galáctico como la suave rotación a gran escala de toda la materia en las afueras de la Vía Láctea.
El nuevo estudio se ha publicado hoy en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Repensando el corazón oscuro de la Vía Láctea
Este estudio desafía la teoría principal de que Sagitario A* (Sgr A*), un supuesto agujero negro en el corazón de nuestra galaxia, es responsable de las órbitas observadas de un grupo de estrellas, conocidas como estrellas S, que giran a velocidades impresionantes de hasta varios miles de kilómetros por segundo.
El equipo internacional de investigadores ha propuesto una idea alternativa: que un tipo específico de materia oscura, compuesta por fermiones, o partículas subatómicas ligeras, puede crear una estructura cósmica única que también concuerda con lo que sabemos sobre el núcleo de la Vía Láctea.
En teoría, produciría un núcleo superdenso y compacto rodeado por un vasto halo difuso, que juntos actuarían como una sola entidad unificada.
El núcleo interno sería tan compacto y masivo que podría imitar la atracción gravitatoria de un agujero negro y explicar las órbitas de las estrellas S observadas en estudios previos, así como las órbitas de los objetos envueltos en polvo conocidos como fuentes G, que también existen en las cercanías.
Mapa detallado del halo exterior de Gaia
De particular importancia para la nueva investigación son los últimos datos de la misión Gaia DR3 de la Agencia Espacial Europea, que ha cartografiado meticulosamente la curva de rotación del halo exterior de la Vía Láctea, mostrando cómo las estrellas y el gas orbitan lejos del centro.
Se observó una desaceleración de la curva de rotación de nuestra galaxia, conocida como declive kepleriano, que, según los investigadores, puede explicarse por el halo exterior de su modelo de materia oscura al combinarse con los componentes tradicionales de masa del disco y el bulbo de la materia ordinaria.
Esto, añaden, refuerza el modelo fermiónico al destacar una diferencia estructural clave. Mientras que los halos tradicionales de materia oscura fría se extienden siguiendo una cola extendida de «ley de potencia», el modelo fermiónico predice una estructura más compacta, lo que da lugar a colas de halo más compactas.
La investigación ha sido realizada por una colaboración internacional entre el Instituto de Astrofísica La Plata (Argentina), la Red del Centro Internacional de Astrofísica Relativista y el Instituto Nacional de Astrofísica (Italia), el Grupo de Investigación en Relatividad y Gravitación (Colombia) y el Instituto de Física de la Universidad de Colonia (Alemania).
«Esta es la primera vez que un modelo de materia oscura logra conectar con éxito estas escalas tan diferentes y diversas órbitas de objetos, incluyendo datos de curvas de rotación modernas y estrellas centrales», afirmó el Dr. Carlos Argüelles, coautor del estudio y miembro del Instituto de Astrofísica de La Plata.
«No solo estamos reemplazando el agujero negro por un objeto oscuro; proponemos que el objeto central supermasivo y el halo de materia oscura de la galaxia son dos manifestaciones de la misma sustancia continua».
Imitando la sombra de un agujero negro
Crucialmente, este modelo fermiónico de materia oscura ya había superado una prueba importante. Un estudio previo de Pelle y su equipo, también publicado en MNRAS, demostró que cuando un disco de acreción ilumina estos densos núcleos de materia oscura, estos proyectan una forma de sombra sorprendentemente similar a la obtenida por la colaboración del Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT) para Sgr A*.
«Este es un punto crucial», afirmó la autora principal Valentina Crespi, miembro del Instituto de Astrofísica de La Plata.
Nuestro modelo no solo explica las órbitas de las estrellas y la rotación de la galaxia, sino que también es consistente con la famosa imagen de la «sombra de un agujero negro». El denso núcleo de materia oscura puede imitar la sombra gracias a su fuerte curvatura de la luz, creando una oscuridad central rodeada de un anillo brillante.
Prueba del nuevo escenario de materia oscura
Los investigadores compararon estadísticamente su modelo fermiónico de materia oscura con el modelo tradicional de agujero negro.
Descubrieron que, si bien los datos actuales de las estrellas interiores aún no pueden distinguir con precisión entre ambos escenarios, el modelo de materia oscura proporciona un marco unificado que explica el centro galáctico (estrellas centrales y sombra) y la galaxia en su conjunto.
El nuevo estudio allana el camino para futuras observaciones. Datos más precisos de instrumentos como el interferómetro GRAVITY, instalado en el Very Large Telescope de Chile, y la búsqueda de la firma única de los anillos de fotones —una característica clave de los agujeros negros y ausente en el escenario del núcleo de materia oscura— serán cruciales para probar las predicciones de este nuevo modelo, afirman los autores.
El resultado de estos hallazgos podría potencialmente redefinir nuestra comprensión de la naturaleza fundamental del gigante cósmico en el corazón de la Vía Láctea.
Con información de MNRAS
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