Темная материя может быть «операционной системой» Вселенной

Вопрос сложный, но однозначно интересный. Том Бродхерст, ученый из отделения теоретической физики UPV/EHU, думает, что да. Вместе с учеными из Национального университета Тайваня, он предложил новое объяснение образованию галактик и структур во Вселенной. Работа была опубликована в журнале Nature Physics, а ее выводы контрастируют со свежими данными, предоставленными космическим телескопом Хаббл.

В космологии, холодная темная материя — это форма материи, частицы которой движутся медленно по сравнению со светом и слабо взаимодействуют с электромагнитным излучением. Считается, что только ничтожно малая часть материи во Вселенной является барионной материей, из которой образовались звезды, планеты и живые организмы. Остальное (больше 80%) представлено темной материей и энергией.

Теория холодной темной материи помогает объяснить, как развивалась Вселенная из своего первоначального состояния до нынешнего распределения галактик и скоплений, структуры Вселенной на больших масштабах. В любом случае эта теория не может удовлетворительно объяснить некоторые наблюдения. Однако последнее исследование Бродхерства и его коллег проливает новый свет на эту точку зрения.

Как объясняет сам исследователь, «руководствуясь начальным моделированием образования галактик в этом контексте, мы заново интерпретировали холодную темную материю как конденсат Бозе-Эйнштейна». Таким образом, «ультралегкие бозоны, образующие конденсат, делят одну квантовую волновую функцию, поэтому модели возмущений формируются на астрономических масштабах в виде крупномасштабных волн».

Эта теория позволяет предположить, что все галактики в этом контексте должны в своих центрах обладать крупными стационарными волнами темной материи — солитонами, что могло бы объяснить загадочное поведение ядер обычных карликовых галактик.

На изображении выше показано сравнение радиальных профилей плотности галактик, которые ученые отобразили с солитонами в центре каждой галактики и окружающим гало. Солитоны в меньших галактиках шире, но обладают меньшей массой.

На изображении слева снизу показано, что, если сравнить, распределение материи на крупных масштабах— между волнами темной материи — похоже на распределение материи с обычными частицами темной материи.

Изображение справа показывает, что в галактиках эта структура отличается в зависимости от интерпретации волны; исследование предсказывает, что солитон темной материи в центре окружен обширным гало темной материи в форме большого «пятна», которое представляет собой медленно флуктуирующие плотные волны. Такое предположение должно решить проблему ядер малых галактик.

Исследование также позволяет предположить, что галактики в таком контексте образовались относительно поздно, если сравнивать с интерпретацией с учетом стандартных частиц холодной темной материи. В данный момент команда ученых сравнивает свои прогнозы с наблюдениями, сделанными космическим телескопом Хаббл.

Результаты могут быть весьма интересными. Не исключается возможность того, что темная материя может быть очень холодной квантовой жидкостью, которая управляет формированием структур по всей Вселенной.