天文学家提出，一个奇异暗物质构成的超高密度团块可能伪装成被认为锚定我们星系的强大天体，这既解释了中心附近恒星的高速运动，也解释了遥远外围物质较慢且优雅的旋转。这种暗物质结构将拥有一个紧凑的核心，像黑洞一样牵引附近的恒星，周围环绕着一个宽广的晕，塑造着星系外部的运动。
这种构成宇宙总质量大部分的不可见物质，或许能同时解释两个截然不同的观测现象。在银河系中心附近，恒星在距离核心仅数光时（常用于测量我们太阳系内部距离的单位）处，沿着快速、混乱的路径运动。而在更远的银河系广阔外层区域，恒星和气体则旋转得更为平滑。
这些研究结果发表在《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, MNRAS）上。
挑战黑洞解释
几十年来，科学家们一直认为人马座A*（Sgr A*）是一个超大质量黑洞，它导致了一组被称为S星（S stars）的恒星出现极端轨道。这些恒星以每秒数千公里的速度绕银河系中心运行。
这项新研究对这一解释提出了质疑。研究团队提出，一种由费米子（一种轻量级亚原子粒子）组成的特定形式的暗物质，可能取而代之形成一种不寻常的宇宙结构，这与天文学家在银河系核心观测到的情况相符。
暗物质核与晕
根据该模型，这种费米子暗物质会自然地形成一个非常致密且紧凑的中心核，周围则是一个更大、更弥散的晕。这个核与晕共同构成一个单一的、连续的系统。
这个内核质量巨大且高度集中，足以模拟黑洞的引力。这不仅可以解释S星的路径，还可以解释在银河系中心附近运行的、被称为G源（G sources）的尘埃覆盖天体的运动。
来自银河系外缘的证据
一个关键证据来自欧洲空间局盖亚（GAIA）DR3任务的最新观测。这项巡天精确绘制了恒星和气体在银河系外晕中的运动方式，以前所未有的细节揭示了银河系的旋转曲线。
数据显示，在距离中心极远处，轨道速度出现减缓，这种模式被称为开普勒衰减（Keplerian decline）。研究人员表示，当结合银河系盘面和中央核球（central bulge）的已知质量后，这种行为与其模型中暗物质晕的预测相匹配。
他们认为这加强了费米子暗物质解释的可靠性。标准的冷暗物质模型预测的暗晕会以长程幂律尾的形式向外延伸。相比之下，费米子模型产生的暗晕更紧凑，外缘边界也更清晰。
国际合作
这项研究由来自多个国家机构的科学家共同完成，包括阿根廷拉普拉塔天体物理研究所、意大利国际相对论天体物理网络和国家天体物理研究所、哥伦比亚相对论与引力研究小组以及德国科隆大学物理研究所。
"这是一个暗物质模型首次成功地将这些尺度迥异的区域和不同天体的轨道联系起来，同时解释了现代的旋转曲线和中心恒星数据，"该研究的合著者、拉普拉塔天体物理研究所的卡洛斯·阿圭勒斯博士（Dr. Carlos Argüelles）说。
"我们不仅仅是用一个暗天体取代黑洞；我们提出的是，这个超大质量的中心天体和星系的暗物质晕是同一连续物质的两种表现。"
与黑洞阴影相符
该模型已经通过了一个重要的考验。在佩莱等人（Pelle et al.）于2024年发表在《皇家天文学会月刊》的早期研究中，研究人员表明，当吸积盘（accretion disk）发出的光照射到这些致密的暗物质核上时，会产生类似阴影的特征。值得注意的是，这个阴影与人马座A*的事件视界望远镜（EHT）拍摄到的图像非常相似。
"这是一个关键时刻，"该论文的第一作者、拉普拉塔天体物理研究所的瓦伦蒂娜·克雷斯皮（Valentina Crespi）说。
"我们的模型不仅解释了恒星的轨道和星系的旋转，还与著名的‘黑洞阴影’图像一致。致密的暗物质核可以模拟出阴影，因为它强烈地弯曲光线，产生一个被明亮光环包围的中心黑暗区域。"
未来观测可能揭示什么
该团队使用统计方法，将他们的费米子暗物质模型直接与传统的黑洞解释进行了比较。虽然关于中心附近恒星的现有数据尚不能明确支持哪一种情况，但暗物质模型提供了一个统一的框架，可以同时解释银河系中心（中心恒星和阴影）以及星系更广阔的结构。
未来的观测可能有助于解决这场争论。来自智利甚大望远镜（Very Large Telescope）上的GRAVITY干涉仪等工具的更精确测量，以及对光子环（photon rings）的搜寻，可能会提供决定性的证据。光子环被认为是存在于真实黑洞周围的，但在暗物质核模型中则不会出现。
如果得到证实，这些结果可能会显著改变科学家对塑造银河系心脏的巨大天体的理解。