В центре Млечного Пути может скрываться нечто невидимое и «размытое», предполагает новое исследование

Хотя у астрономов есть множество доказательств того, что большая часть массы в любой галактике невидима, они пока не знают, что представляет собой эта«темная материя«. В последние десятилетия наиболее перспективной была гипотеза о том, что темная материя состоит из неких тяжелых частиц, которые редко, если вообще когда-либо, взаимодействуют со светом или другой материей. Но эта гипотеза не может объяснить относительно низкую плотность ядер галактик, поскольку моделирование поведения темной материи предсказывает, что она должна легко сгущаться до чрезвычайно высоких плотностей, что не соответствует наблюдениям.

Один из возможных ответов на эту проблему заключается в том, что частицы темной материи невероятно легкие — в миллиарды раз менее массивные, чем нейтрино, самая легкая из известных на сегодняшний день частиц. Эти гипотетические частицы, получившие название«нечеткой» темной материи, настолько легки, что их квантово-волновая природа проявляется на больших, макроскопических — даже галактических — масштабах. Это означает, что они могут стабилизироваться в гигантские сгустки невидимой материи, образуя темные звезды.

Это особенно интересно, потому что такие темные звезды могут быть растянуты в пространстве на тысячи световых лет, но при этом иметь относительно небольшую массу, поскольку частицы настолько легкие. Таким образом, они потенциально могут формировать ядра галактик, обеспечивая основную массу этих галактик без создания сверхвысокой плотности в галактических центрах.

Но галактики состоят не только из темной материи — размытой или иной. В них есть и обычная материя, распределенная в виде диффузных газовых облаков и звезд, и именно эти элементы астрономы могут реально наблюдать. Поэтому, чтобы проверить эту идею, нам нужно понять связь между размытой темной материей и нормальной материей внутри галактики.

Пух в наших звездах

В работе, опубликованной 17 декабря 2024 года на сервере препринтов arXiv, международная команда астрофизиков изучила, как галактики могут эволюционировать в ответ на размытую темную материю. Для этого первого шага они не пытались воссоздать целую сложную галактику. Вместо этого они построили простую игрушечную модель, содержащую всего два компонента: большой процент нечеткой темной материи и меньший процент простого идеального газа.

Затем они рассчитали, как эти два компонента будут развиваться под их взаимным гравитационным влиянием. Они обнаружили, что, несмотря на первоначально случайное поведение, нечеткая темная материя быстро собралась в большой комок в центре, а вокруг него образовались более рассеянные облака темной материи.

Газ последовал за ним, смешиваясь с нечеткой темной материей в центре, создавая то, что исследователи назвали фермионно-бозонной звездой, ссылаясь на два вида материи, которые смешались и образовали центральный объект. Эта звезда совершенно не похожа на наши типичные представления о ней. Она была бы гигантской — до 10 000 световых лет в поперечнике — и почти совсем невидимой, если не считать едва заметного свечения газа, распространяющегося по ней.

Однако исследователи отметили, что это идеальное представление галактического ядра, которое содержит более высокую — но не слишком высокую — плотность обычной материи, подтверждая тем самым ключевое предсказание нечеткой модели темной материи.

Следующим шагом станет построение еще более сложных моделей для изучения того, как могут выглядеть эти «звезды», чтобы астрономы могли сравнить предсказания с реальными наблюдениями.

Ученые надеются, что дальнейшие эксперименты откроют новые горизонты в астрономии и физике частиц, позволяя лучше понять, как темная материя взаимодействует с обычной материей в галактиках. Одним из ключевых аспектов будет изучение формирования звёзд и планет в этой новой космологической модели. Как именно сближаются газовые облака и нечеткая темная материя? Как это влияет на звездообразование?

Для проверки своих гипотез астрономы разрабатывают новые инструменты и методы наблюдения. Использование мощнейших телескопов, таких как JWST и будущий ELT, поможет исследователям заглянуть в самую суть галактик, тщательно анализируя их центры. Сравнение полученных данных с предсказаниями моделей станет решающим моментом в проверке теории нечеткой темной материи.

Одним из потенциальных объектов для изучения может стать галактика NGC 6744 — её структура и размер напоминают Млечный Путь, что делает её идеальной кандидаткой для глубоких исследований. Научные команды уже рассматривают возможность организации наблюдений с использованием спектроскопии, чтобы детально изучить химический состав и распределение газов, которые могут указывать на присутствие темной материи.

Однако не всё так просто. Среди астрономов назревает дискуссия о том, что обнаружение этих «темных звезд» может потребовать инновационных подходов, учитывающих их крайне низкую яркость. Возможно, потребуется разработка новых детекторов, способных улавливать слабые сигналы, исходящие от этих объектов.

Потенциальные находки не только расширят наши знания о структурах галактик, но и поставят под сомнение устоявшиеся теории о формировании Вселенной. Если новая модель подтвердится, это может привести к необходимости пересмотра основных концепций космологии, включая понятия о том, как материя взаимодействует на фундаментальном уровне.

Между тем, в научном сообществе уже начинаются обсуждения о возможных культурных и философских последствиях утверждения о существовании нечеткой темной материи. Некоторые ученые предполагают, что это открытие может изменить наше восприятие Вселенной как целого, заставляя переосмыслить вопросы о нашем месте в космосе и природе реальности.

Таким образом, исследование нечеткой темной материи и её роли в формировании галактик становится не только научной задачей, но и источником вдохновения для будущих поколений астрономов, физиков, и философов, стремящихся разгадать загадки, которые до сих пор остаются неразрешенными. Интригующие перспективы уже на горизонте, и мы находимся на пороге новых открытий, которые могут навсегда изменить наше понимание природы Вселенной.