Los físicos rusos han llevado a cabo una simulación numérica de la formación de estructuras locales a partir de materia oscura. Este trabajo se aplica a modelos populares de materia invisible como axiones y Fuzzy Dark Matter. Los científicos han llegado a la conclusión de que pueden existir análogos de estrellas de materia oscura en nuestro universo. Se publica una preimpresión con los resultados en el sitio web arXiv.org.
Varias observaciones astronómicas no están de acuerdo con la suposición de que la mayor parte de la masa del universo está contenida en materia luminosa, como las estrellas, y el gas asociado con ellas. Por el momento, la explicación más aceptada para esta discrepancia es la hipótesis de la materia oscura, que asume la existencia de una sustancia transparente a la interacción electromagnética, que representa la mayor parte de la masa. Tal materia debería formar enormes capas (halos) alrededor de las galaxias. Los teóricos han propuesto muchos modelos de materia oscura, la mayoría de los cuales la describen a través de partículas elementales aún no descubiertas con diferentes propiedades.
El nuevo trabajo examina la formación de formaciones locales estables de materia oscura, que se retienen debido a la gravedad propia, similar a las estrellas ordinarias. El artículo asume que las partículas de materia oscura son bosones, y las estructuras resultantes son acumulaciones de condensado de Bose-Einstein, es decir, las conclusiones son válidas para modelos tan populares de materia invisible como axiones y materia oscura "borrosa". Una característica del trabajo fue el modelado en el marco de un régimen puramente cinético, sin tener en cuenta la interacción de las partículas de materia oscura entre sí. Por primera vez, los autores pudieron demostrar que las estrellas de Bose pueden condensarse solo debido a la gravedad, no es necesario hacer suposiciones sobre la autoacción de la materia oscura.
Los axiones fueron propuestos por físicos teóricos como una solución al problema de la violación observada de la invariancia CP (reemplazo simultáneo de todas las partículas con antipartículas y reflejo de espejo del sistema en el espacio). Deben tener una masa baja, interactuar débilmente con partículas conocidas y descomponerse en dos fotones. La materia oscura "borrosa" consiste en partículas de masa extremadamente pequeña. Es tan pequeño que la correspondiente longitud de onda de De Broglie (la escala a la que se manifiestan las propiedades cuánticas del cuerpo) es comparable al tamaño de las galaxias. En este caso, resulta que las partículas están "manchadas" en órbitas alrededor de las galaxias, al igual que los electrones forman nubes en los átomos y no son partículas puntuales en las órbitas de los núcleos.
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Los autores concluyen que las estrellas Bose a partir de axiones bien pueden nacer durante la vida del Universo, y su masa típica será muy pequeña: serán objetos centrales en miniclústeres con una masa de 10-13 masas solares. Si continúan acumulando partículas, pueden exceder el tamaño crítico y explotar; tal evento es un candidato para el papel de una fuente de ráfagas de radio rápidas. En el caso de la materia oscura "difusa", estas estrellas también pueden formarse en un tiempo relativamente corto. Además, con una determinada masa de tales partículas, este modelo resuelve el problema de la falta de satélites enanos de grandes galaxias, como la Vía Láctea: de los modelos numéricos se deduce que nuestro sistema estelar debería tener muchas decenas de satélites, y se observa mucho menos. Si la teoría de la materia oscura "borrosa" es correcta, entonces los halos enanosque se suponía que se convertirían en la base inicial de las galaxias pequeñas, han logrado condensarse en estrellas mucho más pequeñas que no son capaces de contener mucha materia ordinaria a su alrededor. Sin embargo, cabe señalar que esta teoría está severamente limitada por otras observaciones astronómicas, por lo que solo queda un pequeño rango de posibles masas de partículas.
