Во Вселенной нашли гигантские квантовые аномалии

В ходе компьютерного моделирования Вселенной физики Массачусетского технологического института в США выявили гигантские квантовые эффекты, видимые в структуре формирующихся галактик. Причиной феномена является особый тип темной материи, называемой «нечеткой» (англ. fuzzy). Кратко об исследовании рассказывается в пресс-релизе, опубликованном на сайте MIT.

Ученые создали компьютерную симуляцию ранней Вселенной, которая представляла собой кубическое пространство с гранью размером в три миллиона световых лет. Предполагаемое распределение темной материи было выведено из результатов измерения космического микроволнового фона. Оказалось, что, если темная материя является холодной, то галактики в ранней Вселенной формировались бы внутри сферических гало. В иных случаях галактики появились бы внутри хвостоподобных нитей, при этом «нечеткая» темная материя сделала бы эти нити полосатыми подобно струнам арфы.

Модель с нечеткой темной материей предполагает решение двух дополнительных взаимосвязанных уравнений — Шредингера (описывает волновое поведение частиц темной материи) и уравнение Пуассона. Последнее описывает распределение темной материи, которое влияет на силу гравитации и то, как она стягивает в гало материю, формируя галактики. При этом на хвостоподобные нити влияют квантовые эффекты, создавая подобие интерференционной картины (чередование темных и светлых полос при наложении волн света друг на друга).

Хотя темная материя еще не обнаружена, гипотеза, которая ее описывает как холодную, подходит для описания крупномасштабной структуры наблюдаемой Вселенной. Таким образом, модели образования галактик разрабатываются на основе именно этой гипотезы. Однако существует расхождения между теоретическими предсказаниями и наблюдениями за очень маленькими галактиками, что намекает на иную природу темной материи. Использование мощных телескопов в будущем позволит выяснить, как на самом деле выглядели галактики в ранней Вселенной и имеются ли у них полосатые «хвосты».

Холодная темная материя состоит из медленно движущихся частиц, которые взаимодействуют с материей лишь через силу гравитационного притяжения. Теплая темная материя более легкая и быстрая, а нечеткая состоит из сверхлегких частиц, масса которых достигает 10 в минус 27-ой степени массы электрона (частица холодной темной материи в 10 в 5-ой степени раз тяжелее электрона).