Согласно новому исследованию, в центре Млечного Пути может скрываться нечто невидимое и «нечёткое»

Согласно новому исследованию, галактики могут быть привязаны к гигантским «тёмным звёздам» — скоплениям невидимой материи в их ядрах.

Хотя у астрономов есть множество доказательств того, что большая часть массы любой галактики невидима, они до сих пор не знают, из чего состоит эта «тёмная материя». В последние десятилетия наиболее перспективной гипотезой было предположение о том, что тёмная материя состоит из каких-то тяжёлых частиц, которые редко, если вообще когда-либо, взаимодействуют со светом или другой материей. Но эта гипотеза с трудом объясняет относительно низкую плотность ядер галактик, поскольку моделирование поведения тёмной материи предсказывает, что она должна легко собираться в сгустки с чрезвычайно высокой плотностью, что не соответствует наблюдениям.

Один из возможных ответов на этот вопрос заключается в том, что частицы тёмной материи невероятно лёгкие — в миллиарды раз легче нейтрино, самой лёгкой из известных на сегодняшний день частиц. Эти гипотетические частицы, получившие название «нечёткая тёмная материя», настолько лёгкие, что их квантово-волновая природа проявляется в более крупных, макроскопических — даже галактических — масштабах. Это означает, что они могут объединяться в гигантские скопления невидимой материи, образуя тёмные звёзды.

Это особенно интересно, потому что эти тёмные звёзды могут простираться в космосе на тысячи световых лет, но при этом иметь относительно небольшую массу, поскольку частицы очень лёгкие. Таким образом, они потенциально могут формировать ядра галактик, обеспечивая основную массу этих галактик без создания сверхвысоких плотностей в их центрах.

Но галактики состоят не только из тёмной материи — разреженной или нет. Они также содержат обычную материю, распределённую в виде диффузных газовых облаков и звёзд, и именно эти элементы астрономы могут наблюдать. Таким образом, чтобы проверить эту идею, нам нужно понять связь между разреженной тёмной материей и обычной материей внутри галактики.

«Пузыри» в наших звёздах

В статье, опубликованной 17 декабря 2024 года на сервере препринтов arXiv, международная группа астрофизиков исследовала, как галактики могут эволюционировать под воздействием размытой тёмной материи. На этом первом этапе они не пытались воссоздать целую сложную галактику. Вместо этого они создали простую игрушечную модель, состоящую всего из двух компонентов: большого количества размытой тёмной материи и меньшего количества простого идеального газа.

Затем они вычислили, как эти два компонента будут эволюционировать под воздействием взаимного гравитационного притяжения. Они обнаружили, что, несмотря на изначально хаотичное поведение, размытая тёмная материя быстро собралась в большой сгусток в центре, окружённый более рассеянными облаками тёмной материи.

Газ последовал за ней, смешавшись с туманной тёмной материей в центре и образовав то, что исследователи назвали фермион-бозонной звездой, имея в виду два вида материи, которые смешались, сформировав центральный объект. Эта звезда была совершенно не похожа на то, что мы обычно представляем себе как звезду. Она была бы гигантской — до 10 000 световых лет в поперечнике — и почти полностью невидимой, если бы не слабое свечение газа, распространяющееся по ней.

Однако исследователи отметили, что это было бы идеальным представлением ядра галактики, в котором плотность обычной материи выше, но не слишком высока, что подтверждает ключевой прогноз модели нечёткой тёмной материи.

Следующий шаг — создание ещё более сложных моделей для изучения того, как могут выглядеть эти «звёзды», чтобы астрономы могли сравнить прогнозы с реальными наблюдениями.

Миг величайшего открытия: реактор-монстр создал золото… чтобы мгновенно его уничтожить