Una investigación revolucionaria propone una solución única y elegante basada en materia oscura para explicar tanto las órbitas de las estrellas que rodean a SgrA* en el centro galáctico como la rotación general de la Vía Láctea, desafiando la necesidad de un agujero negro central.
Un nuevo estudio publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society por una colaboración internacional de investigadores del IALP (Argentina), ICRANet (Italia), INAF (Italia), GIRG (Colombia) y el I. Physikalisches Institut zu Köln (Alemania), presenta una alternativa convincente al agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia. Un único modelo de materia oscura (la sustancia invisible que constituye la mayor parte de la masa del universo) puede explicar simultáneamente la violenta danza de diferentes tipos de estrellas a solo unas horas-luz del Centro Galáctico y la suave rotación a gran escala de toda la materia en las afueras de la Vía Láctea.
La investigación se centra en Sagittarius A* (Sgr A*), el objeto compacto supermasivo en el núcleo de nuestra galaxia. Durante décadas, la explicación principal ha sido que se trata de un agujero negro. Esta teoría está respaldada por las órbitas observadas de un grupo de estrellas, conocidas como estrellas S, que giran alrededor de Sgr A* a altísimas velocidades de hasta varios miles de kilómetros por segundo. Otro grupo de objetos intrigantes y envueltos en polvo, llamados fuentes G, también orbita en las proximidades.
Por otro lado, los últimos datos de la misión Gaia (DR3) de la Agencia Espacial Europea han cartografiado meticulosamente la curva de rotación del halo exterior de la Vía Láctea, mostrando cómo orbitan las estrellas y el gas lejos del centro.
El nuevo estudio demuestra que un modelo específico de materia oscura compuesto por fermiones (es decir, partículas subatómicas ligeras) puede crear una estructura cósmica única: un núcleo compacto y superdenso rodeado por un vasto y difuso halo. Esta configuración de “núcleo-halo” actúa como una entidad única y unificada.
El núcleo interno es tan compacto y masivo que imita la atracción gravitatoria de un agujero negro, reproduciendo con precisión las órbitas observadas de las estrellas S, como ya mostró el grupo de investigación en publicaciones anteriores, así como de las fuentes G, incluyendo sutiles efectos de la relatividad general. El halo exterior de esta misma estructura de materia oscura, combinado con los componentes de masa tradicionales del disco y el bulbo de materia ordinaria, explica de forma natural el declive Kepleriano (la desaceleración específica) en la curva de rotación de la Vía Láctea observada en los datos de Gaia. Este último acuerdo sugiere un logro importante del modelo fermiónico, ya que predice colas de halo más compactas que el comportamiento típico de ley de potencia de los halos de Materia Oscura Fría (CDM).
“Esta es la primera vez que un modelo de materia oscura logra conectar estas escalas tan diferentes y las órbitas de varios objetos, incluyendo datos modernos de curvas de rotación y de estrellas centrales”, dijo el Dr. Argüelles (IALP, CONICET-UNLP), uno de los autores del estudio. “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 sustancia continua”.
Este modelo de materia oscura fermiónica ya había superado una prueba significativa. Un estudio anterior de Pelle et al. (2024), también publicado en MNRAS, mostró que cuando un disco de acreción ilumina estos densos núcleos de materia oscura, proyectan una característica similar a una sombra, notablemente parecida a la imagen obtenida por la colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT) para Sgr A*.
“Este es un punto pivotal”, explicó la Dra. Valentina Crespi (IALP, CONICET-UNLP), autora principal del artículo. “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 del agujero negro’. El denso núcleo de materia oscura puede imitar la sombra porque curva la luz con tanta fuerza que crea una oscuridad central rodeada por un anillo brillante”.
La investigación comparó estadísticamente el modelo de materia oscura fermiónica con el modelo tradicional del agujero negro. Encontraron que, aunque los datos actuales de las estrellas internas aún no pueden distinguir de manera decisiva entre los dos 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 estudio allana el camino para futuras observaciones. Datos más precisos de instrumentos como el interferómetro GRAVITY 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 y potencialmente remodelar nuestra comprensión de la naturaleza fundamental del coloso cósmico en el corazón de la Vía Láctea.
+press release: https://ras.ac.uk/news-and-press/research-highlights/dark-matter-not-black-hole-could-power-milky-ways-heart
+paper: https://academic.oup.com/mnras/article-lookup/doi/10.1093/mnras/staf1854