|
Рябь на поверхности галактики и темная материя
|
|
|
|
Два американских физика предположили, что девять концентрических колец, окружающих галактику LEDA 1313424, также известную как галактика «Меткий глаз», могли возникнуть в результате квантового поведения частиц темной материи. В результате анализа, опубликованного в журнале «The Astrophysical Journal», Пьер Сикиви и Юксин Чжао из Университета Флориды утверждают, что эта необычная структура была создана не в результате столкновения галактик, как предполагали предыдущие теории, а в результате бозе-эйнштейновского конденсата аксионов.
|
|
|
|
В 1941 году астрономы обнаружили галактику, которая, по их мнению, была окружена светящимся кольцом, по причинам, которые они не могли объяснить. Названная галактикой «Колесо», эта новаторская находка была впоследствии подтверждена многочисленными открытиями кольцевых галактик в последующие десятилетия, чаще всего с одним кольцом, а иногда с двумя или тремя.
|
|
|
|
Для объяснения этого необычного явления астрономы предположили, что эти кольца возникают, когда меньшая галактика напрямую сталкивается с центром большей, создавая волны плотности, которые распространяются наружу. Однако в 2025 году астрономы во главе с Имадом Пашей из Йельского университета обнаружили нечто гораздо более странное: галактику, окруженную девятью концентрическими кольцами. Вскоре после этого эта замечательная структура получила название галактика «Меткий глаз».
|
|
|
|
|
|
|
После этого открытия астрономы предположили, что эти кольца образовались в результате особенно мощного столкновения с LEDA около 56 миллионов лет назад. Но когда Сикиви и Чжао исследовали эту интерпретацию, они выявили проблему. Если теория верна, то самое внешнее кольцо должно было двигаться от центра галактики со скоростью 1220 километров в секунду (758 миль в секунду) — невероятно быстро, учитывая предсказанный характер столкновения и известное поведение галактического вещества.
|
|
|
|
Переосмысление теории столкновений
|
|
|
|
В качестве альтернативного объяснения дуэт предполагает, что кольца галактики «Буллсай» могли возникнуть из свойств темной материи — вещества, которое, как считается, составляет около 85% общей массы Вселенной, и прямое обнаружение которого до сих пор ускользало от исследователей.
|
|
|
|
На основе наблюдений за гравитационными движениями в галактиках астрономы определили, что темная материя накапливается в сферических гало, окружающих многие галактики. Однако в своих предыдущих исследованиях Сикиви утверждал, что более глубокое понимание можно получить, если предположить, что одна из ведущих теорий природы темной материи верна — теория, включающая гипотетические частицы, называемые аксионами, которые взаимодействуют с обычной материей лишь крайне слабо.
|
|
|
|
Если темная материя существует в такой форме, утверждал Сикиви, она все равно должна подчиняться закону сохранения углового момента. По мере взаимодействия аксионов с галактиками, самые внутренние части гало темной материи будут образовывать структуры, называемые каустическими кольцами. «Ранее мы предположили, что дисковые галактики имеют каустические кольца из темной материи с распределением радиусов колец, очень похожим на распределение радиусов колец, наблюдаемое в LEDA 1313424», — объясняет Сикиви.
|
|
|
|
Развивая эту идею, «мы подогнали наблюдаемые радиусы колец к распределению радиусов колец в интерпретации каустических колец и пришли к выводу, что кольца LEDA — это отпечаток каустических колец темной материи на барионной материи в диске LEDA», — продолжает он.
|
|
|
|
Еще один элемент теории дуэта касается квантовой природы аксионов. Когда газ низкой плотности, состоящий из бозонов, охлаждается почти до абсолютного нуля, большая его часть может перейти в свое низшее квантовое состояние — что невозможно в более энергетической системе.
|
|
|
|
Поскольку частицы коллективно занимают одно и то же квантовое состояние, их идентичные квантовые свойства проявляются на макроскопическом уровне, образуя бозе-эйнштейновский конденсат. В этих условиях аксионы могли бы взаимодействовать с обнаруживаемой барионной материей именно так, как это наблюдают астрономы.
|
|
|
|
Если эта идея верна, то «кольцевые галактики, включая LEDA, не обязательно являются результатом столкновений, как обычно предполагается», — объясняет Сикиви. «Вместо этого они могут быть проявлением бозе-эйнштейновской конденсации аксионов темной материи».
|
|
|
|
На данный момент аксионы остаются крайне неуловимыми, ускользая от прямого обнаружения, несмотря на десятилетия поисков. В результате теория Сикиви и Чжао пока не может быть подтверждена напрямую. Однако, если она верна, она может предложить гораздо более правдоподобное объяснение одного из самых странных недавних наблюдений в астрономии — и одного из самых поразительных открытий квантовой природы темной материи.
|
|
|
|
Источник
|
