Российские физики открыли новое необычное свойство темной материи

«В своей работе мы симулировали на компьютере движение газа квантовых частиц легкой темной материи, изначально сильно 'перемешанных' и взаимодействующих друг с другом посредством гравитации. Через очень большой промежуток времени они самостоятельно образовали конденсат, который тут же свернулся в сферическую каплю», — отмечает Дмитрий Левков из Института ядерных исследований РАН в Москве.

Сегодня почти все ученые уверены в существовании темной материи, однако ее свойства, помимо ее очевидного гравитационного влияния на галактики и скопления галактик, остаются загадкой и предметом споров среди астрофизиков и космологов. Достаточно долго ученые предполагали, что она сложена из сверхтяжелых и «холодных» частиц-«вимпов», никак не проявляющих себя, кроме как притягивая видимые скопления материи.

Безуспешные поиски «вимпов» в последние два десятилетия заставили многих теоретиков считать, что темная материя на самом деле может состоять из так называемых аксионов — сверхлегких частиц, похожих по массе и свойствам на нейтрино. Другие исследователи предполагают, что темная материя может быть похожа по свойствам не на частицы, а жидкость, или же состоять из нескольких разных компонентов, один или несколько которых могут постепенно распадаться.

Как передает пресс-служба Российского научного фонда, Левков и его коллеги — Александр Панин и академик Игорь Ткачев, открыли новую экзотическую форму организации темной материи, изучая то, как будет вести себя диск из аксионной или любой другой «легкой» темной материи внутри типичной карликовой галактики, где почти нет видимой материи.

Физики обратили внимание на то, что на гравитационные взаимодействия ее частиц будут сильно влиять различные квантовые процессы. Благодаря особой природе аксионов, квантовые взаимодействия между ними будут происходить на очень больших расстояниях, сопоставимых с дистанциями между звездами, что необходимо учитывать при просчете свойств и поведения легкой темной материи.

Российские ученые создали математическую модель, которая учитывала подобные взаимодействия и то, как на темную материю влияют флуктуации гравитационного поля. Используя эти формулы, физики «промотали» время вперед и проследили за тем, как изменится распределение темной материи в подобных галактиках, изначально заполненных ей случайным образом.

Эти расчеты показали удивительную вещь. В том случае, если отдельные аксионы были достаточно легкими, а сама галактика — относительно небольшой, темная материя начинала объединяться в своеобразные капли, похожие по свойствам на так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна.

Он представляет собой необычную по своим свойствам форму материи, одновременно похожую на газ и жидкость. Она состоит из множества частиц, но ведет себя как один атом и обладает типичными «атомными» свойствами благодаря тому, что все ее компоненты занимают самый низкий энергетический уровень.

Аналогичные структуры, как показали расчеты Левкова и его коллег, могут возникать и в космосе из частиц темной материи исключительно под действием силы притяжения, формируя объекты, которые физики называют «Бозе-звездами». Чем меньше масса отдельных аксионов, тем быстрее будут возникать подобные структуры.

Если они существуют, то тогда следы их существования можно будет заметить в виде мощных радиовспышек или своеобразных взрывов, возникающих после того, как внутри этой «звезды» накопится достаточно большое количество аксионов.

Следами этих процессов, как предполагают российские физики, могут быть загадочные «сигналы инопланетян», так называемые FRB-вспышки, а также другие необъяснимые внегалактические радиовсплески, открытые в последние годы.