Невидимый гравитационный каркас удерживает галактики от разлёта. Это тёмная материя — субстанция, которая не излучает свет и почти не взаимодействует с обычным веществом, кроме как через гравитацию. Астрофизики давно спорят о её природе. В новой работе проверили три главных кандидата: анизотропную идеальную жидкость (среду, где давление зависит от направления), однородную среду с постоянным давлением и бозе-конденсат — состояние сверхнизких температур, где частицы ведут себя как единая квантовая волна, со сложным уравнением состояния.

Каждый вариант по-своему обволакивает чёрную дыру, меняя её гравитационное поле. Авторы рассчитали, как при этом смещаются ключевые орбиты: горизонт событий — граница, за которую свет уже не возвращается; фотонная сфера — радиус, где фотоны движутся по кругу; и тень — тот самый тёмный силуэт, который в 2019 году сфотографировал Телескоп горизонта событий.

Сравнение с реальным снимком тени сверхмассивной чёрной дыры в галактике M87* дало жёсткие ограничения. Модель с постоянным давлением выжила лишь в узком коридоре параметров, бозе-конденсат показал плавные отклонения от классической картины, а анизотропная жидкость почти не отличилась от обычной чёрной дыры без тёмной материи. Так геометрия искривлённого пространства-времени становится инструментом для сортировки гипотез о невидимом веществе.