Russiske fysikere postulerer eksistensen af ​​mørkt stof-baserede Bose-stjerner

Forskere udviklede en matematisk model, der beskriver bevægelse af mørkt stofpartikler inde i de mindste galakse-haloer. De observerede, at over tid, mørkt stof kan danne sfæriske dråber af kvantekondensat. Tidligere, dette blev anset for umuligt, da udsving i tyngdekraftsfeltet produceret af mørkt stof partikler blev ignoreret. Undersøgelsen er publiceret i Fysiske anmeldelsesbreve .

Mørkt stof er en hypotetisk form for stof, der ikke udsender elektromagnetisk stråling. Denne egenskab gør det svært selv at bevise dens eksistens. Hastigheden af ​​mørkt stof partikler er lav, derfor fastholdes de af galakser. De interagerer med hinanden og med det almindelige stof så svagt, at kun deres tyngdefelt kan anes; Ellers, mørkt stof kommer ikke til udtryk på nogen måde. Hver galakse er omgivet af en mørk stof-halo af meget større størrelse og masse.

De fleste kosmologer mener, at mørkt stof partikler har stor masse, derfor er deres hastighed høj. Endnu, tilbage i 1980'erne, fysikere indså, at under særlige forhold, disse partikler kan produceres i det tidlige univers med næsten nul hastighed, uanset deres masse. De kan også være meget lette. Som en konsekvens, afstandene, hvor disse partiklers kvantenatur bliver tydelig, kan være enorme. I stedet for de nanometerskalaer, der normalt kræves for at observere kvantefænomener i laboratorier, "kvante"-skalaen for sådanne partikler kan være sammenlignelig med størrelsen af ​​den centrale del af vores galakse.

Forskerne observerede, at partiklerne af mørkt stof, hvis de er bosoner med tilstrækkelig lille masse, kan danne et Bose-Einstein-kondensat i de små galaksehaloer eller i endnu mindre understrukturer på grund af deres gravitationsinteraktioner. Sådanne understrukturer inkluderer haloer af dværggalakser - systemer af flere milliarder stjerner bundet sammen af ​​gravitationskræfter, og miniklynger - meget små systemer kun dannet af mørkt stof. Bose-Einstein-kondensatet er en tilstand af kvantepartikler, der optager det laveste energiniveau, have den mindste energi. Et Bose-Einstein-kondensat kan fremstilles i laboratoriet ved lave temperaturer fra almindelige atomer. Denne stoftilstand udviser unikke egenskaber, såsom superfluiditet, evnen til at passere gennem små revner eller kapillærer uden friktion. Lyst mørkt stof i galaksen har lav hastighed og høj koncentration. Under disse forhold, det skulle til sidst danne et Bose-Einstein-kondensat. Men for at dette kan ske, mørkt stof partikler skal interagere med hinanden - men så vidt vi ved, de interagerer kun gravitationsmæssigt.

"I vores arbejde vi simulerede bevægelsen af ​​en kvantegas af lys, gravitationelt interagerende mørkt stof partikler. Vi startede fra en virialiseret tilstand med maksimal blanding, hvilket er lidt modsat Bose-Einstein-kondensatet. Efter en meget lang periode, 100, 000 gange længere end den tid, det tager for en partikel at krydse simuleringsvolumenet, partiklerne dannede spontant et kondensat, som straks formede sig til en sfærisk dråbe, en Bose-stjerne, under påvirkning af tyngdekraften, " sagde en af ​​forfatterne, Dmitry Levkov, Ph.D. i fysik, seniorforsker ved Institut for Nuklear Forskning ved Det Russiske Videnskabsakademi.

Dr. Levkov og hans kolleger, Alexander Panin og Igor Tkachov fra Institut for Nuklear Fysik ved Det Russiske Videnskabsakademi, konkluderede, at Bose-Einstein-kondensat kan dannes i centrene af glorier af dværggalakser i et tidsrum, der er kortere end universets levetid. Det betyder, at Bose-stjerner kunne eksistere i øjeblikket.

Forfatterne var de første, der så dannelsen af ​​et Bose-Einstein-kondensat fra lyst mørkt stof i computersimuleringer. I tidligere numeriske undersøgelser, kondensatet var allerede til stede i den oprindelige tilstand, og Bose-stjerner opstod fra det. Ifølge en hypotese, Bose-kondensatet kunne være dannet i det tidlige univers længe før dannelsen af ​​galakser eller miniklynger, men pålidelige beviser for det mangler i øjeblikket. Forfatterne demonstrerede, at kondensatet dannes i centrene af små glorier, og de planlægger at undersøge kondensation i det tidlige univers i yderligere undersøgelser.

Forskerne påpeger, at Bose-stjernerne kan være kilden til hurtige radioudbrud, som i øjeblikket ikke har nogen kvantitativ forklaring. Lys mørkt stof partikler kaldet "axioner" interagerer med elektromagnetiske felter meget svagt og kan henfalde til radiofotoner. Denne effekt er forsvindende lille, men inde i Bose-stjernen, det kan være resonant forstærket, som i en laser, og kan føre til gigantiske radioudbrud.

"Det næste oplagte skridt er at forudsige antallet af Bose-stjernerne i universet og beregne deres masse i modeller med lyst mørkt stof, " konkluderede Dmitry Levkov.