Физики объяснили, как возникли аномальные девять колец далекой галактики
Американские физики предложили революционное объяснение природы девяти концентрических колец, окружающих галактику LEDA 1313424, известную как «Бычий глаз» (Bullseye), сообщает Phys.org. Согласно их расчетам, опубликованным в Astrophysical Journal, эта колоссальная структура возникла не в результате межгалактического столкновения, как считается, а благодаря квантовому поведению гипотетических частиц темной материи — аксионов, сформировавших конденсат Бозе — Эйнштейна.
Крах идеи космического столкновения
Галактики с кольцами (такие как знаменитое Колесо Телеги) известны астрономам с 1941 года. Обычно они имеют одно, реже — два или три кольца. Традиционная модель объясняет их появление лобовым столкновением: малая галактика пробивает центр крупной, вызывая расходящиеся волны материи.
Однако открытие галактики LEDA 1313424 с девятью идеальными кольцами поставило ученых в тупик. Предыдущие гипотезы утверждали, что это результат мощнейшего удара, произошедшего 56 миллионов лет назад. Физики Пьер Сикиви и Юйсинь Чжао из Флоридского университета (США) обнаружили в этих расчетах серьезную ошибку: чтобы модель работала, внешнее кольцо должно было разлетаться от центра со скоростью 1220 км/с. Такая скорость невероятна и невозможна для известного поведения галактического вещества.
Кольца и конденсат Бозе — Эйнштейна
В качестве альтернативы исследователи обратились к темной материи, на которую приходится около 85% массы Вселенной.
Ученые предположили, что темная материя состоит из аксионов — сверхлегких частиц, крайне слабо взаимодействующих с обычным веществом. По закону сохранения углового момента, при стягивании к галактическому диску аксионы должны формировать так называемые каустические кольца.
«Мы сопоставили радиусы реальных колец галактики LEDA 1313424 с математической моделью распределения каустических колец темной материи. Они совпали. Эти структуры — буквально видимый отпечаток невидимой темной материи на обычной барионной материи диска», — объясняет профессор Сикиви.
Важнейшая деталь теории кроется в квантовой природе аксионов. При колоссальном охлаждении в космическом пространстве она должны быть способны переходить в минимальное энергетическое состояние, образуя конденсат Бозе — Эйнштейна. В этом состоянии квантовые свойства миллиардов частиц проявляются на макроскопическом уровне, заставляя темную материю влиять на видимый газ и звезды именно так, как это зафиксировали телескопы.
Пока аксионы не обнаружены, гипотеза Сикиви и Чжао остается лишь математически обоснованной моделью. Однако если она подтвердится, астрономия получит не только элегантное объяснение аномалии «Бычьего глаза», но и первое прямое доказательство квантовой природы темной материи.
