Ученые ошибались десятилетиями: в центрах галактик находится совсем не то

Новое исследование утверждает: ядра галактик состоят вовсе не из того, о чем думали ученые. Очень даже возможно, что в центре каждой галактики находится одна-единственная гигантская невидимая звезда, состоящая из таинственной «нечеткой» материи.

Не сверхтяжелые, а суперлегкие

За последние десятилетия астрономы обнаружили массу фактов, которые говорят о том, что большая часть материи во Вселенной является темной. Она так называется, потому что ее невозможно увидеть через телескопы. Такая невидимость связана с тем, что, возможно, темная материя состоит из массивных частиц, которые очень-очень слабо взаимодействуют со светом и обычной материей. Единственная связь — гравитация.

Астрономы предполагают существование темной материи благодаря ее влиянию на движение звезд и галактик. Также темная материя проявляет себя гравитационным линзированием, то есть способна своей силой тяжести искривлять свет.

Однако в этой гипотезе есть огромное но. Если бы темная материя состояла из сверхтяжелых частиц, то в ядрах галактик она должна концентрироваться с огромной плотностью. Однако многочисленные наблюдения показывают, что ядра галактик имеют намного меньшую плотность, чем ожидали ученые. Это означает, что все существующие модели и гипотезы не в состоянии полностью объяснить структуру галактик.

Но может быть, ключ к разгадке этой тайны кроется в том, что частицы темной материи не тяжелы, а, напротив, невероятно легкие. Возможно, они могут быть в миллиарды раз легче нейтрино, самой легкой из известных современным физикам частиц.



Астрономы назвали гипотетические частицы «нечетким темным материалом». Предполагается, они настолько невесомы, что их квантовые свойства могут проявляться на невообразимых расстояниях. Таким образом, нечеткий темный материал способен собираться в колоссальные по размерам облака невидимого вещества, из которого потом формируются загадочные темные звезды.

На стыке двух видов материй

А теперь представьте себе огромные области пространства, где находятся так называемые темные звезды. И эти объекты состоят из чрезвычайно легких частиц темной материи. Получается, что темные звезды могут растягиваться на огромные расстояния — до тысяч световых лет! При этом, несмотря на свои чудовищные даже по меркам космоса габариты, масса таких звезд остается весьма небольшой из-за удивительной легкости частиц темной материи.

Эти гигантские, но маломассивные структуры могут служить основой для формирования ядер галактик. Поскольку они обладают большой протяженностью, но низкой плотностью, то создают необходимую массу для удержания галактик вместе. Одновременно с этим не создается чрезмерная концентрация массы в центре галактики, которая могла бы привести к гравитационным аномалиям.



Однако важно помнить, что галактики состоят не только из темной материи. Обычная материя — газовые облака, звезды и другие видимые объекты — тоже играет важную роль. Чтобы подтвердить теорию о роли темной материи в формировании галактик, необходимо изучить взаимодействие между этими двумя видами материи: размытым облаком темной материи и наблюдаемыми объектами вроде звезд и газа.

Звезда, совершенно неизвестная науке

17 декабря 2024 года международная команда астрофизиков опубликовала предварительный вариант научной работы. Исследование описывает, как могут изменяться галактики под влиянием так называемых нечеткого темного материала — гипотетической формы темной материи, состоящей из очень легких частиц.



На начальном этапе исследования ученые решили упростить задачу и не моделировали всю сложность реальной галактики. Вместо этого они создали упрощенную модель, включающую лишь два основных элемента. Первый — нечеткая темная материя, которая составила большую часть модели; второй — идеальный газ, который представлял собой обычную материю в галактике и составлял значительно меньшую долю.

Затем астрономы рассчитали, как два этих компонента будут взаимодействовать друг с другом под действием радиации.

Достаточно быстро, несмотря на начальную хаотичность движения, нечеткая материя собралась в большой сгусток в центре галактики. Менее концентрированные облака той же темной материи окружили со всех сторон центральный сгусток.

После того как нечеткая темная материя собралась в центре, туда стал проникать обычный газ, частично смешиваясь со сверхлегкими частицами. Таким образом, образовался совершенно новый, еще неизвестный науке объект, который команда астрономов назвала фермионно-бозонной звездой. Название отражает тот факт, что звезда состоит сразу из двух типов материи: бозонов (частиц, составляющих темную материю) и фермионов (частиц, из которых состоит обычная материя, включая газ).

Новая звезда коренным образом отличается от всех известных типов светил. Во-первых, она чудовищно огромная, до 10 000 световых лет в поперечнике! Во-вторых, она практически невидима для наших телескопов, так как практически полностью состоит из темной материи.

Единственное свечение в фермионно-бозонной звезде дает обычный газ, небольшое количество которого смешивается с темной материей. Но следует отметить, что это свечение будет слабым и почти незаметным.

Исследователи подчеркивают: полученные данные создают практически идеальную модель галактического ядра. С одной стороны, имеется достаточно плотная материя. С другой стороны, ее плотность не зашкаливает, что полностью соответствует ожиданиям от модели на основе нечеткой темной материи.

Следующий этап — разработка более продвинутых моделей, где теоретические расчеты должны будут совпасть с результатами реальных наблюдений за ядрами галактик.