Los astrónomos dicen que la Vía Láctea no puede tener un agujero negro supermasivo en su centro. En cambio, el núcleo de la galaxia puede estar dominado por una gran concentración de materia oscura que crea el mismo fuerte efecto gravitacional.
Este material invisible, que constituye la mayor parte de la masa total del universo, puede explicar dos observaciones diferentes simultáneamente. Cerca del centro de la galaxia, las estrellas se mueven desde el núcleo en trayectorias rápidas y caóticas a sólo horas luz (a menudo utilizado para medir la distancia entre nuestro propio sistema solar). Más lejos, las estrellas y el gas giran más suavemente en las vastas regiones exteriores de la Vía Láctea.
Se publican los resultados Boletín mensual de la Real Sociedad Astronómica (MNRAS)
Desafiando la explicación del agujero negro
Durante décadas, los científicos han creído que Sagitario A* (Sgr A*) es un agujero negro supermasivo responsable de las órbitas extremas de un grupo de estrellas conocidas como estrellas S. Estas estrellas corren alrededor del centro galáctico a cientos de miles de kilómetros por segundo.
Nuevas investigaciones cuestionan esa explicación. El equipo de investigación propuso que una forma específica de materia oscura hecha de fermiones, que son partículas subatómicas ligeras, podría crear una estructura cósmica inusual que coincida con lo que los astrónomos observan en el centro de la Vía Láctea.
Un núcleo de materia oscura y un halo.
Según el modelo, esta materia oscura fermiónica formaría de forma natural un núcleo central muy denso y compacto, rodeado por un halo mucho más grande y difuso. Juntos, Core y Halo se comportarán como un sistema único y continuo.
El núcleo interno será lo suficientemente masivo y denso como para imitar fielmente la gravedad de un agujero negro. Esto puede explicar no sólo la trayectoria de la estrella S, sino también el movimiento de objetos cercanos cubiertos de polvo llamados fuentes G que orbitan cerca del centro galáctico.
Evidencia de regiones galácticas exteriores
Una prueba clave proviene de nuevas observaciones realizadas por la misión GAIA DR3 de la Agencia Espacial Europea. El estudio mapea con precisión cómo se mueven las estrellas y el gas en el halo exterior de la Vía Láctea, revelando la curva de rotación de la galaxia con un detalle sin precedentes.
Los datos muestran una disminución de la velocidad orbital a grandes distancias del centro, un patrón conocido como declinación kepleriana. Los investigadores dicen que este comportamiento coincide con lo que su modelo predice del halo de materia oscura cuando se combina con la masa conocida del disco y el abultamiento central de la Vía Láctea.
Argumentan que esto refuerza la explicación de la materia oscura fermiónica. Los modelos estándar de materia oscura fría predicen halos que se extienden hacia afuera con una larga cola de ley de potencia. Por el contrario, el modelo fermiónico produce un halo más compacto con bordes exteriores más estrechos.
Una colaboración internacional
La investigación fue realizada por científicos de instituciones de varios países, incluido el Instituto de Astrofísica de Argentina en La Plata, el Centro Internacional de Red de Astrofísica Relativista y el Instituto Nacional de Astrofísica de Italia, el Grupo de Investigación de Relatividad y Gravitación de Colombia y el Instituto de Física de la Universidad de Colonia de Alemania.
“Esta es la primera vez que un modelo de materia oscura ha unido con éxito estas escalas y órbitas tan diferentes de varios objetos con curvas de rotación modernas y datos de estrellas centrales”, dijo el coautor del estudio, el Dr. Carlos Argüelles del Instituto de Astrofísica de La Plata.
“No estamos simplemente reemplazando el agujero negro con 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 materia continua”.
Coincidiendo con la sombra del agujero negro
El modelo ya ha superado un obstáculo importante. En un estudio previo de Pelle et al. (2024), también publicado en MNRAS, los investigadores demostraron que cuando un disco de acreción ilumina estos densos núcleos de materia oscura, el resultado es una característica similar a una sombra. Sorprendentemente, esta sombra se parece mucho a la imagen capturada por el Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT) para Sgr A*.
“Esta es una cuestión importante”, dijo la autora principal Valentina Crespi del Instituto de Astrofísica de La Plata.
“Nuestro modelo no sólo explica las órbitas de las estrellas y la rotación de las galaxias, sino que también es coherente con el famoso diagrama de la ‘sombra del agujero negro’. Un núcleo denso de materia oscura puede imitar la sombra porque desvía la luz con tanta fuerza, creando una oscuridad central rodeada por un anillo brillante”.
Lo que futuras observaciones podrían revelar
El equipo comparó directamente su modelo fermiónico de materia oscura con la explicación tradicional del agujero negro utilizando métodos estadísticos. Aunque los datos existentes sobre las estrellas cercanas al centro aún no pueden respaldar claramente un escenario sobre el otro, el modelo de materia oscura ofrece un marco único que explica tanto el centro galáctico (estrella central y sombra) como la estructura más amplia de las galaxias.
Las observaciones futuras pueden ayudar a resolver la controversia. Mediciones más precisas de instrumentos como el interferómetro de gravedad del Very Large Telescope de Chile, junto con la búsqueda de anillos de fotones, podrían proporcionar pruebas concluyentes. Se espera que haya un anillo de fotones alrededor de un verdadero agujero negro, pero no se puede ver en el modelo del núcleo de materia oscura.
Si se confirman, estos resultados podrían cambiar significativamente la forma en que los científicos entienden cómo los objetos masivos dan forma al corazón de la Vía Láctea.
