В течение многих десятилетий тайны темной материи занимают умы ученых по всему миру. Несмотря на то, что она не испускает и не поглощает свет, её гравитационное влияние формирует крупномасштабную структуру Вселенной и движение видимых небесных тел. Новое теоретическое исследование проливает свет на то, каким образом темная материя может образовывать крошечные вихри — микроскопические торнадо — которые существенно влияют на формирование космической паутины и распределение галактик. Традиционно темную материю представляли как облако тяжелых, медленно движущихся частиц без внутренней структуры. Однако современные модели, опирающиеся на квантовую механику, описывают её иначе.
Согласно новой теории, темная материя состоит из частиц исключительно низкой массы — намного легче электрона, что делает её поведение очень необычным. Такие частицы способны образовывать квантовую жидкость, обладающую свойствами супертекучести — состояния, в котором вещество может вращаться неравномерно, образуя четко упорядоченные вихревые структуры. Исследование, опубликованное в журнале Physical Review D, демонстрирует, что при вращении гало темной материи образуется центральное ядро, называемое солитоном. Солитоны — это компактные устойчивые структуры, в которых сила гравитационного притяжения уравновешивается внутренним давлением взаимодействующих частиц. Размер таких солитонов зависит от массы частиц темной материи и может варьироваться от размеров звезд до целых галактик.
При вращении солитон не крутится как единое тело или непрерывное облако; вместо этого он содержит почти идеальную решетку из микроскопических квантованных вихрей. Эти вихри напоминают структуру, наблюдаемую в опытах с жидким гелием, где супертекучая жидкость вращается за счет набора ответвлений и крошечных трубочек с нулевой плотностью в центре каждой. По словам авторов исследования, такие вихри расположены вдоль оси вращения и образуют своеобразную кристаллическую структуру внутри солитона. Вихри демонстрируют квантованные уровни вращения, то есть их угловой момент дискретен, а не непрерывен, как может показаться на первый взгляд. Подобная особенность обусловлена фундаментальными законами квантовой механики.
Интересным аспектом данной теории является предположение о том, что некоторые из этих микроскопических торнадо могут не ограничиваться пределами одной темной материи гало. Возможно, они простираются и связывают разные галактические скопления, проходя через темные космические нити — так называемую космическую паутину. Эта гипотеза открывает новые перспективы в понимании того, как квантовые эффекты темной материи влияют не только на локальные структуры, но и на формирование гигантских космических специальств. Наблюдения за гравитационными эффектами, которые вызывают эти вихревые структуры, представляют собой значительную сложность. Темная материя не излучает электромагнитные волны, поэтому её существование подтверждается лишь через гравитационное воздействие на видимую материю — звезды, газ и пыль.
Однако в некоторых случаях эти квантованные вихри могут создавать характерные гравитационные аномалии — например, области с пониженной плотностью, которые влияют на орбиты звезд и газа внутри галактик. Ученые планируют дальнейшие исследования, направленные на поиск астрофизических свидетельств существования этих вихрей. В частности, они надеются обнаружить влияние квантовых вихрей на вращение звездных скоплений или аномалии в движениях газа в галактиках, включая Млечный Путь. Если прогнозы подтвердятся наблюдениями, это станет важным шагом в раскрытии природы темной материи и её роли в эволюции космоса. Также исследователи обсуждают возможность слабых взаимодействий темной материи с обычной материей или светом, которые могут дать дополнительные косвенные признаки наличия вихревых структур.
Теория пока остается гипотетической, однако с развитием технологий в области телескопов и детекторов частиц открываются новые возможности для экспериментальной проверки этих идей. Современная наука стоит на пороге революционного понимания космической структуры. Идея о том, что невидимые микроскопические торнадо из темной материи формируют паутину, по которой выстроен наш космос, не только объясняет многие ранее загадочные наблюдения, но и объединяет квантовую механику с астрономией и космологией. Это помогает лучше понять, как мелкие квантовые явления способны влиять на масштабные процессы во Вселенной. В обозримом будущем предстоит расширить теоретическую поддержку этих гипотез и направить усилия на поиск астрономических данных, способных подтвердить или опровергнуть существование квантовых вихрей темной материи.
Открытие таких структур могло бы не только изменить наши представления о Вселенной, но и открыть новые горизонты для разработки методов изучения её основных составляющих. Таким образом, теория микроскопических торнадо темной материи предлагает уникальную перспективу на понимание формирования и эволюции космических структур. Эти невидимые нити, образованные квантовыми вихрями, могут быть фундаментальной частью того, как наша Вселенная приобрела связность и порядок на гигантских масштабах. Продолжающиеся исследования обещают сделать наше восприятие космоса еще более глубоким и многообразным.
