Forskare utvecklade en matematisk modell som beskriver rörelse av partiklar av mörk materia inuti de minsta galaxhalos. De observerade att med tiden, mörk materia kan bilda sfäriska droppar av kvantkondensat. Tidigare, detta ansågs omöjligt, eftersom svängningar i gravitationens fält som produceras av partiklar av mörk materia ignorerades. Studien publiceras i Fysiska granskningsbrev .

Mörk materia är en hypotetisk form av materia som inte avger elektromagnetisk strålning. Denna egendom gör det svårt att ens bevisa sin existens. Hastigheten på partiklar i mörk materia är låg, varför de behålls av galaxer. De interagerar med varandra och med det vanliga materialet så svagt att bara deras tyngdkraftsfält kan avkännas; annat, mörk materia manifesterar sig inte på något sätt. Varje galax är omgiven av en halo av mörk materia av mycket större storlek och massa.

De flesta kosmologer tror att partiklar av mörk materia har stor massa, därför är deras hastighet hög. Än, redan på 1980 -talet, fysiker insåg att under särskilda förhållanden, dessa partiklar kan produceras i det tidiga universum med nästan noll hastighet, oavsett deras massa. De kan också vara mycket ljusa. Som en konsekvens, avstånden på vilka kvantiteten hos dessa partiklar blir uppenbara kan vara enorma. Istället för de nanometerskalor som vanligtvis krävs för att observera kvantfenomen i laboratorier, "kvant" -skalan för sådana partiklar kan vara jämförbar med storleken på den centrala delen av vår galax.

Forskarna observerade att partiklarna i mörk materia, om de är bosoner med tillräckligt liten massa, kan bilda ett Bose-Einstein-kondensat i de små galaxhalorna eller i ännu mindre understrukturer på grund av deras gravitationella interaktioner. Sådana understrukturer inkluderar glorier av dvärggalaxer - system med flera miljarder stjärnor bundna av gravitationskrafter, och minikluster - mycket små system som endast bildas av mörk materia. Bose-Einstein-kondensatet är ett tillstånd av kvantpartiklar som upptar den lägsta energinivån, har den minsta energin. Ett Bose-Einstein-kondensat kan produceras i laboratoriet vid låga temperaturer från vanliga atomer. Detta tillstånd av materia uppvisar unika egenskaper, såsom överflödighet, förmågan att passera genom små sprickor eller kapillärer utan friktion. Ljus mörk materia i galaxen har låg hastighet och hög koncentration. Under dessa omständigheter, det bör så småningom bilda ett Bose-Einstein-kondensat. Men för att detta ska hända, partiklar i mörk materia måste interagera med varandra - men så vitt vi vet, de interagerar bara gravitationellt.

"I vårt arbete, vi simulerade rörelsen för en kvantgas av ljus, gravitationellt interagerande partiklar i mörk materia. Vi startade från ett virialiserat tillstånd med maximal blandning, vilket är ungefär motsatsen till Bose-Einstein-kondensatet. Efter en mycket lång period, 100, 000 gånger längre än den tid som krävs för en partikel att passera simuleringsvolymen, partiklarna bildade spontant ett kondensat, som omedelbart formade sig till en sfärisk droppe, en Bose -stjärna, under påverkan av tyngdkraften, "sa en av författarna, Dmitry Levkov, Ph.D. i fysik, seniorforskare vid Institute for Nuclear Research vid Ryska vetenskapsakademien.

Dr Levkov och hans kollegor, Alexander Panin och Igor Tkachov från Institutet för kärnfysik vid Ryska vetenskapsakademien, drog slutsatsen att Bose-Einstein-kondensat kan bildas i centrum för glorier av dvärggalaxer under en kortare tid än universums livstid. Det betyder att Bose -stjärnor för närvarande kan existera.

Författarna var de första som såg bildandet av ett Bose-Einstein-kondensat från ljus mörk materia i datasimuleringar. I tidigare numeriska studier har kondensatet fanns redan i det ursprungliga tillståndet, och Bose -stjärnor uppstod ur det. Enligt en hypotes, Bose -kondensatet kunde ha bildats i det tidiga universum långt innan galaxer eller minikluster bildades, men tillförlitliga bevis för det saknas för närvarande. Författarna visade att kondensatet bildas i centrum för små glorier, och de planerar att undersöka kondens i det tidiga universum i ytterligare studier.

Forskarna påpekar att Bose -stjärnorna kan vara källan till snabba radioutbrott som för närvarande inte har någon kvantitativ förklaring. Ljusa mörkämnespartiklar som kallas "axioner" interagerar med elektromagnetiska fält mycket svagt och kan förfalla till radiofoton. Denna effekt är försvinnande liten, men inne i Bose -stjärnan, det kan förstärkas resonant, som i en laser, och kan leda till jätte radiostörningar.

"Nästa uppenbara steg är att förutsäga antalet Bose -stjärnor i universum och beräkna deras massa i modeller med ljus mörk materia, "avslutade Dmitry Levkov.