В существовании темной материи, невидимой субстанции, гравитация которой определяет эволюцию галактик, у ученых практически нет сомнений. Однако ее состав остается загадкой, и поиски ответа продолжаются без результатов. Исследователи, обращаясь к более необычным гипотезам, предложили различать теплую, холодную и размытую темную материю по характерным признакам, например, по формированию галактических нитей в ранней Вселенной. Недавно размытую темную материю заподозрили в способности образовывать сгустки, которые становятся ядрами галактик.
Темные звезды состоят из ультралегких частиц — бозонов, и внутри них есть обычная, барионная материя. Несмотря на эффекты, указывающие на существование темной материи (ее гравитационное воздействие на космические объекты), ученые не знают ее состава.
Десять лет назад самыми перспективными кандидатами на роль темной материи были вимпы, предсказанные некоторыми теориями и хорошо вписывающиеся в Стандартную космологическую модель. модель ΛCDM). Однако попытки поймать Специальные детекторы до сих пор не обнаружили эти частицы, поэтому физики переходят к другим моделям.
По гипотезе холодной темной материи эта невидимая материя состоит из частиц, движущихся медленнее скорости света и практически не взаимодействующих между собой и обычной материей. Модель неплохо описывает крупномасштабное распределение вещества во Вселенной, но при рассмотрении локальных структур, например плотных ядер галактик, дает противоречивые результаты, предсказывая слишком «жесткие» и плотные ядра по сравнению с реальными наблюдениями.
Чтобы привести теорию в соответствие с наблюдениями, астрофизики прибегли к еще более необычным моделям. теплой Холодная темная материя (WDM) отличается более быстрыми и легкими частицами по сравнению с вимпами. размытой Материи с туманным обозначением (FDM), массой частиц меньшей.
Если темная материя состоит из очень легких бозонов, ее квантово-волновые свойства могут проявляться на масштабах галактик, а сами «кванты» — образовывать протяженные объекты с невысокой средней плотностью.
Чтобы выяснить, могут ли размытая темная материя и обычный газ образовывать темные звезды (устойчивые структуры в ядрах галактик), ученые из Университета Мичоакана и Геттингенского университета использовали компьютерное моделирование. В упрощенной задаче исследователи рассмотрели смесь размытой темной материи (смоделированной уравнением Шредингера — Пуассона) и небольшой доли обычного газа (без учета процессов, таких как охлаждение и звездообразование).
Результаты научной работы, представленной На сервере препринтов Корнеллского университета показали, что изначальные «хаотические» облака темной материи и газа быстро приняли конфигурацию, близкую к равновесию: размытая темная материя создала центральное ядро, а газ сконцентрировался рядом с ним. В результате сформировалась устойчивая фермионно-бозонная звезда или темная звезда (прототип возможного галактического ядра), окруженная облаком темной материи.
Предварительный анализ показал, что данная модель не противоречит астрономическим наблюдениям. Это потенциально делает темные звезды ключевыми кандидатами на роль галактических ядер (в контексте размытой темной материи, в отличие от классической модели холодной темной материи).
Для сравнения теории с результатами конкретных наблюдений и полного объяснения формирования ядер необходимы более сложные симуляции, учитывающие охлаждение, звездообразование, вращение и прочие факторы.
Новые выводы исследователей могут получить поддержку в будущих работах, тогда гипотеза о размытой темной материи станет более убедительной, а темные звезды — ключевым фактором в описании ядер галактик.