Nowy model sugeruje, że ciemna materia może tworzyć dziwne „zimne gwiazdy” we wszechświecie

Głęboko we wnętrzu rozproszonej mgły gazu i pyłu, która otacza najmniejsze galaktyki, ciemna materia może zagnieżdżać się w zimne kropelki o nazwie „gwiazdy Bose”.

Nowy model

Oczywiście wciąż nie wiemy nawet czym dokładnie jest ciemna materia, nie wspominając nawet o dowodach dotyczących „niewidzialnych gwiazd”. Jeśli jednak obecne założenia uda się potwierdzić, nowy matematyczny model sugeruje, że ciemna materia może wdawać się w nietypowe interakcje.

Model matematyczny został zaproponowany przez rosyjski zespół fizyków, którzy rozważali w jaki sposób hipotetyczne cząstki ciemnej materii mogą agregować się w najmniejszych galaktycznych aureolach.

Nowy model sugeruje, że ciemna materia może tworzyć dziwne „zimne gwiazdy” we wszechświecie
Udostępnij

W naszej pracy symulowaliśmy ruch kwantowego gazu światła i oddziaływań grawitacyjnych cząstek ciemnej materii. – ogłosił Dmitrij Lewkow z Instytutu Badań Jądrowych Rosyjskiej Akademii Nauk

Wszechświat

Około 80 procent masy we wszechświecie składa się z czegoś, czego nie jesteśmy w stanie wykryć. Cokolwiek to jest, nie oddziałuje z normalną materią typowymi kanałami, jak choćby przez wymianę fotonów przez pole elektromagnetyczne.

Jedynym znakiem obecności tajemniczej materii jest zlepianie się galaktyk. Nie jest to jednak drobna sprawa. Ten niewidzialny grawitacyjny dodatek został szczegółowo sprecyzowany, co pomogło naukowcom dowiedzieć się kluczowych informacji odnośnie jego cech.

Nowy model sugeruje, że ciemna materia może tworzyć dziwne „zimne gwiazdy” we wszechświecie
Udostępnij

Ciemna materia

Dzięki wyraźnemu pokrewieństwu galaktyk, możemy na przykład założyć, że prędkość tworzenia się ciemnej materii nie jest wystarczająco szybka, by po prostu wystrzelić w puste przestrzenie w kosmosie. Musi więc być stosunkowo wolna.

Jednym z kandydatów na powolną ciemną materię jest kolejna hipotetyczna cząstka nazywana aksjonem. Jest to rodzaj bozonu, który został zaproponowany jako rozwiązanie innego kłopotliwego paradoksu fizyki kwantowej.

Inną opcją jest rozmyta ciemna materia. To kolejny rodzaj bozonu, tym razem wymyślony jako rozwiązanie astrofizycznego dylematu dotyczącego rozkładu ciemnej materii w galaktycznych aureolach.

Nowy model sugeruje, że ciemna materia może tworzyć dziwne „zimne gwiazdy” we wszechświecie
Udostępnij

Problem z bozonami

Problem polega na tym, że żaden z tych bozonów nie został odkryty, a ich istnienie nadal nie zostało potwierdzone. Jeśli jednak jeden z nich okazałby się rzeczywiście istnieć, w pewnych okolicznościach byłby to niebywały przełom.

Wracając do rosyjskich fizyków. Autorzy modelu twierdzą, że jest to pierwsza propozycja, w której wzięto pod uwagę kinetykę ciemnej materii kondensatu Bosego-Einsteina.

Nowy model sugeruje, że ciemna materia może tworzyć dziwne „zimne gwiazdy” we wszechświecie
Udostępnij

Kondensaty Bosego-Einsteina

Kondensaty Bosego-Einsteina to rodzaj cząstek kwantowych, które powyżej zera bezwzględnego przestają się mieszać jednocześnie tracąc swoją indywidualną tożsamość.

Poprzednie próby utknęły właśnie w tym miejscu – co się dzieje, gdy bozony już się ze sobą zetkną? Rosyjski zespół zabrał się więc za interakcje bozonów zachodzące w tej hipotetycznej mieszaninie.

Nowy model sugeruje, że ciemna materia może tworzyć dziwne „zimne gwiazdy” we wszechświecie
Udostępnij

Zaczęliśmy od stanu wirializowanego z maksymalnym mieszaniem, co jest przeciwieństwem kondensatu. Po bardzo długim okresie, 100000 razy dłuższym niż czas potrzebny, by cząsteczka przekroczyła objętość symulacyjną, cząstki spontanicznie utworzyły kondensat, który natychmiast pod wpływem grawitacji ukształtował się w kulistą kroplę, gwiazdę Bosego. – poinformował Lewkow

Jeszcze nie przełom

W efekcie końcowym, chmura „ciemnych” bozonów staje się tą samą cząstką. Co więcej, fizykom udało się opracował pełny model, by pod wpływem grawitacji połączyć chmurę, która ostatecznie tworzy gwiazdę Bosego.

Oczywiście warunki dla tych hipotetycznych obiektów musiałyby być dość specyficzne, więc wciąż pozostajemy w sferze pytań „co jeśli” i scenariuszy odrobinę wyjętych z filmów science-fiction. Nie zmienia to jednak faktu, że takie propozycje pomagają nam szukać wskazówek dotyczących ciemnej materii.

Kolejnym oczywistym krokiem jest przewidzenie liczby gwiazd Bosa we wszechświecie i obliczenie ich masy w modelach z jasną ciemną materią. – zapowiedział Lewkow

Fotografie: phys.org, journals.aps.org