|
Вихри в сверхлегких ореолах темной материи
|
|
|
|
Природа темной материи остается одной из величайших загадок космологии. В рамках стандартной теории нестолкновительной холодной темной материи (CDM) рассматриваются различные модели: ВИМПы (слабо взаимодействующие массивные частицы с массами около 100 ГэВ/c2), первичные черные дыры и сверхлегкие аксионоподобные частицы (масса от 10-22 до 1 эВ/c2). В последнем случае темная материя ведет себя как волна, описываемая уравнением Шредингера, а не как набор точечных частиц. Это приводит к специфическому поведению в малых масштабах, в то время как в больших масштабах она следует стандартной динамике (CDM).
|
|
|
|
Филипп Бракс и Патрик Валагеас, исследователи из Института теоретической физики, изучали модели сверхлегкой холодной темной материи с отталкивающими самовзаимодействиями, динамика которых описывается нелинейным вариантом уравнения Шредингера, известным как уравнение Гросса-Питаевского, также встречающимся в физике сверхтекучих сред и Бозе-Эйнштейн сгущается. В своей работе авторы следят за формированием и динамикой особых структур, называемых "вихрями" и "солитонами" (ядрами, находящимися в гидростатическом равновесии), внутри ореолов вращающейся сверхлегкой темной материи. Статьи опубликованы в журнале Physical Review D.
|
|
|
|
Как и в случае сверхтекучей жидкости, изучаемой в лаборатории, в этих моделях ядра темной материи описываются уравнениями "безвращающейся" жидкости. Тогда система может поддерживать общее вращение только за счет появления сингулярностей, то есть "вихрей" (водоворотов).
|
|
|
|
|
|
|
Комбинируя аналитический и численный подходы, авторы показывают, что вращающиеся гало из темной материи действительно порождают такие вихри, которые в дальнейшем формируются в устойчивую вращающуюся сеть в ядре гало. Эти вихри обладают квантованным угловым моментом, который зависит от массы частицы темной материи. Благодаря центробежной силе "солитон" (ядро темной материи) приобретает осесимметричную, сплющенную форму.
|
|
|
|
Если эти вихри действительно существуют, они могли бы предложить новый способ обнаружения сверхлегкой темной материи. Например, путем анализа гравитационных сигнатур, которые они оставляют в галактиках. Также было бы интересно изучить возможную связь между этими "вихревыми линиями" и нитями космической паутины. Таким образом, вихри, аналогичные тем, которые наблюдаются в лаборатории квантовой физики сверхтекучих сред, могут существовать в ореолах темной материи в астрофизических или галактических масштабах.
|
|
|
|
Источник
|
