Materia întunecată invizibilă a universului s -ar putea învârti în ciorchini învârtite cu nenumărate vortice minuscule, sugerează noi lucrări teoretice.
Descoperirile, publicate pe 30 mai în Jurnal Recenzie fizică doferă o perspectivă proaspătă asupra comportamentului ciudat al materiei întunecate „ultraligioase” – o substanță ipotetică formată din particule elementare extrem de ușoare.
În noul studiu, fizicienii au explorat ce se întâmplă atunci când un halo de materie întunecată se rotește – o așteptare naturală pentru galaxii reale, care de obicei se învârt pe măsură ce evoluează. Pe baza modelării lor teoretice și a simulărilor detaliate, autorii au descoperit că acest material exotic s -ar putea comporta ca un superfluid, formând nuclee stabile, rotative, filetate cu zăbrele vortex cele văzute în experimentele de laborator.
Un fel special de materie întunecată
Spre deosebire de vederea standard a materie întunecată Ca un nor de particule grele, lente, fără structură internă, noua cercetare se concentrează pe materie întunecată făcută din particule mai ușoare decât o milionime din masa unui electron. Este posibil ca aceste particule să nu plutească pasiv în spațiu; Dacă interacționează ușor unul cu celălalt printr -o forță respingătoare, se pot comporta mai mult ca un lichid cuantic.
Acest comportament asemănător fluidului permite formarea de „solitoni”-structuri compacte, coerente, unde tracțiunea gravitației spre interior este echilibrată de o presiune exterioară din interiorul interacțiunilor de sine.
“Solitonii sunt soluții clasice ale ecuațiilor mișcării”, Philippe Braxa declarat pentru Live Science, un fizician teoretic la Université Paris-Saclay și coautor al studiului. “Ele corespund echilibrului hidrostatic în care forța gravitațională atractivă este echilibrată de interacțiunea de particule respingătoare, oarecum ca soarele, care este și în echilibru hidrostatic.”
Acești solitoni ar putea varia de la dimensiunea stelelor la galaxii întregi, în funcție de masa necunoscută a particulei de materie întunecată. În cazuri mai mari, aceștia ar putea ajuta să explice de ce centrele galaxiilor apar mai puțin dens la pachet cu materie întunecată decât se prevăzut-o problemă de lungă durată în cosmologie.
De la nori învârtiți la zăbrele vortex
Cercetătorii au simulat ce se întâmplă când se rotesc nori ai acestei materii întunecate neobișnuite. Rezultatul a fost surprinzător: în loc să se învârtă fără probleme ca un uragan sau o sferă solidă, solitonii au dezvoltat o rețea internă de vortice microscopice.
„Când condițiile inițiale sunt astfel încât norul de materie întunecată să se rotească, rezultatul final este un soliton rotativ în centrul haloului prăbușit”, a spus coautorul studiului Patrick Valageasde asemenea, al Universității Paris-Saclay. “Acest soliton arată o formă oblată aliniată cu axa de rotație inițială și afișează o rotație a corpului solid susținută de vorticii cuantificate.”
Aceste vortice nu sunt ca vânturi învolburate sau vârtejuri în apă. Mai degrabă, seamănă cu liniile de vortex cuantificate care apar în superfluide precum heliu lichid, unde lichidul se rotește nu în ansamblu, ci printr -o serie de fire de filare discrete. În centrul fiecărui vortex, densitatea materiei întunecate scade la zero și împreună, vortexele se aliniază într-un model regulat, asemănător cu zăbrele.
“Simulările noastre arată că aceste linii vortex sunt aliniate cu impulsul unghiular total și urmează orbite circulare în interiorul solitonului”, a spus Valageas. “Rotația nu este ca un vânt neted, ci mai degrabă ca un pachet de tornade microscopice dispuse într -un model de cristal.”
O idee intrigantă pe care au ridicat -o cercetătorii este dacă aceste structuri de vortex minuscule au implicații asupra scărilor mult mai mari. În special, ei au speculat că unele linii vortex s -ar putea extinde dincolo de un singur halo, conectând galaxiile prin vastele filamente ale Web Cosmic -Tendrile gigantice ale materiei întunecate care modelează structura pe scară largă a universului.
“În această etapă, ideea că unele dintre aceste linii Vortex s -ar putea alătura diferitelor halos prin filamentele web -ului cosmic este o ipoteză”, a menționat Brax. Dacă este adevărat, ar putea însemna că efectele cuantice în materie întunecată influențează în mod subtil modul în care galaxiile se aliniază și se mișcă în aceste fire colosale.
Detectarea unor astfel de structuri de vortex ar fi dificilă. Deoarece materia întunecată nu emite sau absoarbe lumina, oamenii de știință nu pot deduce decât din influența sa gravitațională asupra materiei vizibile precum stelele și gazele.
Totuși, pot exista modalități de a -și vedea efectele. “Aceste vortice sunt asociate cu jgheaburile în densitatea materiei întunecate”, a spus Brax. „Ca atare, ele imprimă caracteristici caracteristice în potențialul gravitațional, care pot influența orbitele stelelor sau norilor de gaz în galaxii precum Calea lactee.
În scenarii mai speculative, dacă materie întunecată interacționează chiar și slab cu materia obișnuită sau cu lumina, vortexele ar putea lăsa mai multe amprente directe – dar deocamdată, aceasta rămâne o întrebare deschisă.
Echipa intenționează să investigheze dacă zăbrele de vortex previzionate pot fi detectate prin observații astronomice și dacă se conectează cu adevărat la filamentele cosmice care se întind pe spațiu.
Deocamdată, aceste vârtejuri fantomatice rămân invizibile – dar, pe măsură ce teoria și tehnologia avansează, oamenii de știință pot constata că cosmosul nu este doar plin de materie nevăzută, ci țesute cu modele de filare cuantică.