Физики объяснили, как возникли аномальные девять колец далекой галактики

Американские физики предложили революционное объяснение природы девяти концентрических колец, окружающих галактику LEDA 1313424, известную как «Яблочко», сообщает Phys.org. Согласно их расчетам, опубликованным в Astrophysical Journal, эта колоссальная структура возникла не в результате межгалактического столкновения, как считается, а в результате квантового поведения гипотетических частиц темной материи — аксионов, — образовавших конденсат Бозе-Эйнштейна.

Крушение 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: маленькая галактика прорывается через центр большой, вызывая расходящиеся волны материи.

Однако открытие галактики LEDA 1313424 с девятью идеальными кольцами озадачило ученых. Предыдущие гипотезы утверждали, что это стало результатом мощного удара, произошедшего 56 миллионов лет назад. Физики Пьер Сикиви и Юксин Чжао из Университета Флориды (США) обнаружили в этих расчетах серьезную ошибку: для работы модели внешнее кольцо должно было улететь от центра со скоростью 1220 км/с. Такая скорость невероятна и невозможна для известного поведения галактической материи.

Кольца и конденсат Бозе-Эйнштейна

В качестве альтернативы исследователи обратились к темной материи, на долю которой приходится около 85% массы Вселенной.

Ученые предположили, что темная материя состоит из аксионов — сверхлегких частиц, крайне слабо взаимодействующих с обычной материей. Согласно закону сохранения момента импульса, при сжатии к галактическому диску аксионы должны образовывать так называемые каустические кольца.

"Мы сравнили радиусы реальных колец галактики LEDA 1313424 с математической моделью распределения каустических колец темной материи. Они совпали. Эти структуры являются буквально видимым отпечатком невидимой темной материи на обычной барионной материи диска", - объясняет профессор Сикиви.

Самая важная деталь теории заключается в квантовой природе аксионов. При колоссальном охлаждении в космическом пространстве он должен иметь возможность перейти в минимальное энергетическое состояние, образуя бозе-эйнштейновский конденсат. В этом состоянии квантовые свойства миллиардов частиц проявляются на макроскопическом уровне, заставляя темную материю влиять на видимый газ и звезды точно так же, как их уловили телескопы.

Пока аксионы не открыты, гипотеза Сикиви и Чжао остается лишь математически обоснованной моделью. Однако, если это подтвердится, астрономия получит не только элегантное объяснение аномалии «Бычий глаз», но и первое прямое доказательство квантовой природы темной материи.