Темна матерія може бути надтекучою рідиною: це революція у фізиці

Учені вважають, що загадкова темна матерія може поводитися як космічна надтекуча рідина. Вона може створювати закручені вихрові лінії і стійкі обертові ядра всередині галактик. Якщо ця теорія підтвердиться, вона може перевернути уявлення вчених про приховану архітектуру космосу, від того, як влаштовано центри галактик до того, що з себе представляють нитки космічної павутини, що з'єднують галактики. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review D, пише Interesting Engineering.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Темна матерія становить близько 85 % усієї матерії у Всесвіті. Вона не випромінює і не поглинає світло, що робить її невидимою для телескопів. Традиційно фізики описують її як речовину, що складається з невзаємодіючих і холодних частинок, відому як холодна темна матерія (ХТМ). Модель ХТМ успішно пояснює великомасштабні структури, такі як скупчення галактик, але погано пояснює наявність більш гладких ядер галактик замість того, щоб вони мали дуже щільні ділянки.

Щоб розгадати цю загадку, фізики використовували моделі темної матерії, які припускають, що вона складається з надзвичайно легких частинок. Ці частинки настільки легкі, що поводяться як хвилі, а не як окремі частинки. Під час взаємодії цих частинок, яка призводить до відштовхування їх одна від одної, їхня поведінка нагадує поведінку квантової надтекучої рідини. Вона описується рівнянням, яке використовується для опису такого стану речовини, як конденсат Бозе-Ейнштейна.

У таких надтекучих рідинах обертання поводиться інакше, ніж у звичайних рідинах. Замість плавного обертання потік має обертання, що відбувається тільки за допомогою квантованих вихорів. Це крихітні області, де фаза рідини стає сингулярною, утворюючи мініатюрні вири.

Якщо темна матерія поводиться як квантова рідина такого типу, чи можуть подібні вихори утворюватися всередині обертових гало темної матерії? Щоб знайти відповідь, фізики використовували спеціальне моделювання, де об'єднали кілька важливих параметрів.

Моделювання почалося зі сферичних гало надлегкої темної матерії, що мають невеликий момент імпульсу, що призводило до легкого обертання. Потім фізики дозволили системі еволюціонувати, враховуючи гравітацію і взаємодію частинок темної матерії. У результаті моделювання показало, що гало темної матерії перетворюється на щільне, стійке ядро, що обертається, яке обертається як тверде тіло. Це обертання було викликане не простим квантово-механічним обертанням усієї хвильової функції, а мережею вихрових ліній, що пронизують гало. Ці вихрові лінії, космічні еквіваленти вирів, шикувалися відповідно до напрямку повного обертання гало. Загальна структура нагадувала сплющений сфероїд і була стійкою доти, доки енергія обертання залишалася меншою за гравітаційну енергію та енергію взаємодії частинок.

Моделювання показало, що ці вихори можуть діяти як квантова основа всередині гало темної матерії, і фізики припускають, що вихрові лінії можуть навіть з'єднувати сусідні гало. Таким чином вони можуть створювати основу для ниток космічної павутини, що з'єднує галактики.

Якщо темна матерія справді поводиться як надплинна рідина, заповнена квантованими вихорами, це може спричинити революцію як у космології, так і у фізиці елементарних частинок.

Як уже писав Фокус, фізики використовували звичайний цукор для виявлення темної матерії.

Також Фокус писав про те, що вчені запропонували нову відповідь на парадокс Фермі. Навіть якщо інопланетяни існують, то вчені вважають, що ми просто не можемо усвідомити їхню природу. А тому досі позаземний розум так і не був виявлений.