Темная материя может быть сверхтекучей жидкостью: это революция в физике

Ученые считают, что загадочная темная материя может вести себя как космическая сверхтекучая жидкость. Она может создавать закрученные вихревые линии и устойчивые вращающиеся ядра внутри галактик. Если эта теория подтвердится, она может перевернуть представление ученых о скрытой архитектуре космоса, от того как устроены центры галактик до того, что из себя представляют нити космической паутины, соединяющие галактики. Исследование опубликовано в журнале Physical Review D, пишет Interesting Engineering.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Темная материя составляет около 85 % всей материи во Вселенной. Она не излучает и не поглощает свет, что делает ее невидимой для телескопов. Традиционно физики описывают ее как вещество, состоящее из невзаимодействующих и холодных частиц, известное как холодная темная материя (ХТМ). Модель ХТМ успешно объясняет крупномасштабные структуры, такие как скопления галактик, но плохо объясняет наличие более гладких ядер галактик вместо того, чтобы они имели очень плотные участки.

Чтобы разгадать эту загадку, физики использовали модели темной материи, которые предполагают, что она состоит из чрезвычайно легких частиц. Эти частицы настолько легкие, что ведут себя как волны, а не как отдельные частицы. При взаимодействии этих частиц, которое приводят к отталкиванию их друг от друга, их поведение напоминает поведение квантовой сверхтекучей жидкости. Оно описывается уравнением, которое используется для описания такого состояния вещества, как конденсат Бозе–Эйнштейна.

В таких сверхтекучих жидкостях вращение ведет себя иначе, чем в обычных жидкостях. Вместо плавного вращения поток имеет вращение, происходящее только с помощью квантованных вихрей. Это крошечные области, где фаза жидкости становится сингулярной, образуя миниатюрные водовороты.

Если темная материя ведет себя как квантовая жидкость такого типа, могут ли подобные вихри образовываться внутри вращающихся гало темной материи? Чтобы найти ответ, физики использовали специальное моделирование, где объединили несколько важных параметров.

Моделирование началось со сферических гало сверхлегкой темной материи, обладающих небольшим моментом импульса, что приводило к легкому вращению. Затем физики позволили системе эволюционировать, учитывая гравитацию и взаимодействие частиц темной материи. В результате моделирование показало, что гало темной материи превращается во вращающееся плотное, устойчивое ядро, которое вращается как твердое тело. Это вращение было вызвано не простым квантово-механическим вращением всей волновой функции, а сетью вихревых линий, пронизывающих гало. Эти вихревые линии, космические эквиваленты водоворотов, выстраивались в соответствии с направлением полного вращения гало. Общая структура напоминала сплющенный сфероид и была устойчивой до тех пор, пока энергия вращения оставалась меньше гравитационной энергии и энергии взаимодействия частиц.

Моделирование показало, что эти вихри могут действовать как квантовая основа внутри гало темной материи, и физики предполагают, что вихревые линии могут даже соединять соседние гало. Таким образом они могут создавать основу для нитей космической паутины, соединяющей галактики.

Если темная материя действительно ведет себя как сверхтекучая жидкость, заполненная квантованными вихрями, это может произвести революцию как в космологии, так и в физике элементарных частиц.

Как уже писал Фокус, физики использовали обычный сахар для обнаружения темной материи.

Также Фокус писал о том, что ученые предложили новый ответ на парадокс Ферми. Даже если инопланетяне существуют, то ученые считают, что мы просто не можем осознать их природу. А потому до сих пор внеземной разум так и не был обнаружен.