Российские физики предсказали существование невидимых звезд из темной материи

Частицы темной материи, существование которой предполагается современной наукой, но пока остается недоказанным, могут конденсироваться в большие «капли» и даже в «звезды». В обеих случаях они останутся по‑прежнему невидимыми и почти неощутимыми.

Вот, вы не видите звезду? А она есть. Примерно так стоит начать рассказ о математической модели, построенной тремя российскими физиками.

Исследователи разработали математическую модель, описывающую движение частиц темной материи внутри гало самых маленьких галактик. Они пришли к выводу, что со временем темная материя может образовывать сферические капли квантового конденсата. Раньше это считалось невозможным, так как флуктуации гравитационного поля, создаваемого частицами темной материи, игнорировались. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

Вкратце, речь идет о предположении, что частицы темной материи имеют малую массу и столь же малую скорость. В этом случае их поведение и взаимодействие друг с другом описываются законами квантовой механики на очень больших расстояниях — порядка галактических размеров.

Такие частицы, если они являются бозонами с достаточно малой массой, могут образовывать конденсат Бозе-Эйнштейна в гало небольших галактик или в еще меньших субструктурах из-за их гравитационных взаимодействий. К таким субструктурам относятся ореолы карликовых галактик — системы с несколькими миллиардами звезд, связанные друг с другом гравитацией.

Конденсат Бозе-Эйнштейна представляет собой состояние частиц, занимающих самый низкий энергетический уровень. В лабораторных условиях он получается из обычных атомов, охлажденных до сверхнизких температу — порядка десятимиллионных долей кельвина. Это состояние вещества обладает уникальными свойствами, такими как сверхтекучесть, способность проходить через крошечные трещины или капилляры без трения.

В ходе математического моделирования выяснилось, что частицы темной материи за время примерно эквивалентное 100 тысячам пересечений ими объема моделирования, частицы спонтанно «слипались» в капли, которые затем укрупнялись под действием гравитации, — говорит Дмитрий Левков, старший научный сотрудник Института ядерных исследований РАН.

По всей видимости, конденсация темной материи, по крайней мере — в маленьких галактиках, может происходить за время, не превышающее текущее время жизни Вселенной. Это означает, что невидимые и неощущаемые Бозе-звезды вокруг нас уже есть. Пусть и далеко.