Согласно новому исследованию, темная материя — загадочная невидимая субстанция, которая составляет до 85% массы Вселенной, — может образовывать вращающиеся сгустки, пронизанные крошечными квантовыми вихрями. Эта гипотеза основана на моделировании так называемой ультралегкой темной материи — гипотетической формы вещества, частицы которой в миллион раз легче электрона и обладают необычными квантовыми свойствами.
Обычно темную материю представляют как облако тяжелых, инертных частиц, взаимодействующих между собой исключительно через гравитацию. Однако авторы новой работы предполагают, что если частицы ультралегкой темной материи слабо отталкиваются друг от друга, они могут вести себя как квантовая жидкость — суперфлюид. В этом состоянии вещество может формировать так называемые солитоны — устойчивые структуры, в которых гравитационное притяжение уравновешивается внутренним квантовым давлением. Подобные образования, по словам астрофизиков, могут быть размером от звезды до целой галактики.
При помощи симуляций ученые выяснили, что произойдет, если такой солитон будет вращаться — а это логично, если учесть, что большинство галактик имеют угловой момент. Результат удивил астрофизиков: оказалось, что внутри вращающегося солитона формируется решетка квантовых вихрей, аналогичная той, которая наблюдается в экспериментах с жидким гелием. Эти вихри — не классические потоки, как в урагане, а квантовые структуры, где плотность темной материи в центре каждого вихря падает до нуля. Вместе они формируют симметричную решетку, выровненную вдоль оси вращения.
По словам соавтора работы, Патрика Валажа из Университета Париж-Сакле, такая структура напоминает «пучок микроскопических торнадо, которые выстроены в кристаллический узор». Возможно, некоторые из этих вихрей выходят за пределы отдельных галактических гало и даже соединяются с другими через так называемую космическую паутину — огромную сеть темной материи, которая определяет крупномасштабную структуру Вселенной. Хотя пока что это лишь гипотеза, она открывает захватывающие перспективы для понимания того, как квантовые эффекты могут влиять на движение и распределение галактик.
Прямо наблюдать такие вихри невозможно — темная материя не излучает и не поглощает свет. Тем не менее, ученые надеются, что вихревые структуры могут оставлять гравитационные следы, влиять на орбиты звезд или движение газа внутри галактик. В перспективе, если эти эффекты все-таки удастся обнаружить, они станут не только подтверждением квантовой природы темной материи, но новым инструментом для исследования невидимой Вселенной. Эти «призрачные вихри» могут быть ключом к одной из главных загадок космологии — и, возможно, к фундаментально новому пониманию устройства мироздания.
Ранее ученые обнаружили доказательство существования космической паутины — огромную нить горячего газа, которая связывает сразу четыре скопления галактик.
