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Feb. 06 2026

新理論用暗物質取代中心超大質量黑洞

  • 新理論用暗物質取代中心超大質量黑洞。

    新理論用暗物質取代中心超大質量黑洞。

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一項新研究表示,我們的銀河系中心Sgr A*可以不是超大質量黑洞,而是一大團神秘的暗物質,它們能產生與黑洞相同的重力效應。這種構成宇宙大部分質量的不可見物質可以解釋銀河系中心的恆星劇烈運動,也能解釋銀河系外圍物質緩慢而大規模的旋轉。

這項新觀點認為一種由費米子組成的特定類型暗物質(fermionic dark matter)可以創造出一種獨特的宇宙結構,理論上,它們會聚集並產生一個緻密緊湊的核心,這些暗物質粒子受到量子力學中的包立不相容原理支撐,這種強大的量子簡併壓力防止了物質進一步塌縮成無限密度的奇點。這種緻密核心產生的效應在外部表現上與黑洞極為相似,並精確解釋中心恆星(S)的運行路徑以及附近被塵埃包裹的天體(G)的軌道。

這個模型最優雅的地方在於,將銀河系最內部的核心與最外圍的暈一體化。根據Gaia DR3精確的銀河系旋轉曲線資料,這項研究整合了銀河系中心的緻密核心與延伸到銀河系外圍的暈的物理解釋,同時解決了中心極端重力與星系外圍旋轉曲線兩種不同尺度的問題。而費米子暗物質模型可以更好的解釋銀河系外圍暈的結構,傳統冷暗物質(CDM)暈遵循延伸的冪律擴散,而費米子模型則預測暈的結構會更緊密。

研究還仔細討論了中心恆星S2的運動軌跡,這顆恆星距離中心黑洞極近,軌道離心率非常高(0.88),繞行週期16年。研究團隊透過S2的相對論性近點進動(Periapsis Precession)來測試模型的重力預測,並且比較不同的費米子暗物質模型和黑洞模型的差異。結果顯示,目前的數據與黑洞的預測誤差小於1%。在模型中與黑洞模型預測最接近的是質量300keV的暗物質粒子,而這個質量區間的費米子所產生的黑洞陰影特徵與現在EHT的觀測結果高度契合。

雖然目前關於中心區域恆星的數據還不能明確分出費米子暗物質和黑洞模型之間的優劣,但新理論展示了能統一解釋銀河系全貌的魅力。這項研究也為未來的觀測提供方向,來自甚大望遠鏡(VLT)上GRAVITY涉儀等儀器對S2與其他極近恆星的更精確數據,以及對光子環(黑洞的關鍵特徵,在暗物質核心模型中不存在)的尋找,對於檢驗這一新模型的預測至關重要。

 

資料來源:Phys.org

原始論文(Open Access):

V Crespi et al, 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

文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

 

 

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