Ryska fysiker har genomfört en numerisk simulering av bildandet av lokala strukturer från mörk materia. Detta arbete gäller populära modeller av osynliga ämnen som axions och Fuzzy Dark Matter. Forskare har kommit till slutsatsen att analoger av mörka materiestjärnor kan finnas i vårt universum. En förtryck med resultaten publiceras på webbplatsen arXiv.org.
Olika astronomiska observationer överensstämmer inte med antagandet att huvuddelen av massan i universum finns i ljusmaterial, såsom stjärnor, och den gas som är associerad med dem. För närvarande är den mest allmänt accepterade förklaringen till denna skillnad hypotesen om mörk materia, som antar att det finns ett ämne som är transparent för elektromagnetisk interaktion, som står för större delen av massan. Sådan materia bör bilda enorma skal - halor - runt galaxer. Teoretiker har föreslagit många modeller av mörk materia, varav de flesta beskriver den genom ännu inte upptäckta elementära partiklar med olika egenskaper.
Det nya arbetet undersöker bildandet av stabila lokala formationer av mörk materia, som behåller sig på grund av självtyngd, liknar vanliga stjärnor. Artikeln förutsätter att partiklar av mörk materia är bosoner, och de resulterande strukturerna är kluster av Bose-Einstein-kondensat, det vill säga slutsatserna gäller för sådana populära modeller av osynlig materia som axioner och "suddig" mörk materia. Ett inslag i arbetet var modellering inom ramen för en rent kinetisk regim utan att ta hänsyn till interaktionen mellan partiklar av mörk materia med varandra. För första gången kunde författarna visa att Bose-stjärnor bara kan kondenseras på grund av tyngdkraften, inga antaganden om mörk materiens självåtgärd behöver göras.
Axioner föreslogs av teoretiska fysiker som en lösning på problemet med den observerade kränkning av CP-invarians (samtidig ersättning av alla partiklar med antipartiklar och spegelreflektion av systemet i rymden). De bör ha låg massa, svagt interagera med kända partiklar och förfalla till två fotoner. "Suddig" mörk materia består av partiklar med extremt liten massa. Den är så liten att motsvarande de Broglie-våglängd (skalan vid vilken kroppens kvantegenskaper manifesteras) är jämförbar med storleken på galaxer. I det här fallet visar det sig att partiklarna "smetas ut" i banor runt galaxer, precis som elektroner bildar moln i atomer och inte är punktpartiklar i kärnans banor.
Författarna drar slutsatsen att Bose-stjärnor från axioner mycket väl kan födas under universums livstid, och deras typiska massa kommer att vara mycket liten - de kommer att vara centrala föremål i minikluster 10-13 solmassor. Om de fortsätter att ackumulera partiklar kan de överskrida den kritiska storleken och explodera - en sådan händelse är en kandidat för rollen som en källa till snabba radioutbrott. När det gäller "diffus" mörk materia kan sådana stjärnor också bildas på relativt kort tid. Dessutom, med en viss massa av sådana partiklar, löser den här modellen problemet med bristen på dvärgsatelliter i stora galaxer, till exempel Vintergatan: från numeriska modeller följer att vårt stjärnsystem borde ha många tiotals satelliter, och mycket mindre observeras. Om teorin om "suddig" mörk materia är korrekt, då dvärghalorsom skulle bli den första grunden för små galaxer, har lyckats kondensera till mycket mindre stjärnor som inte kan hålla mycket vanligt material runt sig. Det bör dock noteras att denna teori är mycket begränsad av andra astronomiska observationer, så att endast ett litet intervall av möjliga partikelmassor återstår.
