Rosyjscy fizycy przeprowadzili numeryczną symulację powstawania lokalnych struktur z ciemnej materii. Ta praca dotyczy popularnych modeli niewidzialnej materii, takich jak aksjony i rozmyta ciemna materia. Naukowcy doszli do wniosku, że w naszym wszechświecie mogą istnieć analogi gwiazd z ciemnej materii. Wstępny wydruk z wynikami jest publikowany w witrynie arXiv.org.
Różne obserwacje astronomiczne nie zgadzają się z założeniem, że większość masy Wszechświata jest zawarta w świecącej materii, takiej jak gwiazdy, i związanym z nimi gazie. W chwili obecnej najbardziej powszechnie akceptowanym wyjaśnieniem tej rozbieżności jest hipoteza ciemnej materii, która zakłada istnienie substancji przezroczystej dla oddziaływań elektromagnetycznych, która stanowi większość masy. Taka materia powinna tworzyć ogromne powłoki - aureole - wokół galaktyk. Teoretycy zaproponowali wiele modeli ciemnej materii, z których większość opisuje ją za pomocą jeszcze nie odkrytych cząstek elementarnych o różnych właściwościach.
Nowa praca bada powstawanie stabilnych lokalnych formacji ciemnej materii, które dzięki grawitacji własnej zachowują się podobnie jak zwykłe gwiazdy. W artykule założono, że cząstki ciemnej materii są bozonami, a powstałe struktury to nagromadzenia kondensatu Bosego-Einsteina, czyli wnioski są słuszne dla tak popularnych modeli niewidzialnej materii jak aksjony i „rozmyta” ciemna materia. Cechą pracy było modelowanie w ramach reżimu czysto kinetycznego, bez uwzględnienia wzajemnego oddziaływania cząstek ciemnej materii. Po raz pierwszy autorzy byli w stanie wykazać, że gwiazdy Bose mogą kondensować się tylko z powodu grawitacji, nie trzeba więc przyjmować żadnych założeń dotyczących samoczynnego działania ciemnej materii.
Aksjony zostały zaproponowane przez fizyków teoretycznych jako rozwiązanie problemu obserwowanego naruszenia niezmienności CP (jednoczesne zastępowanie wszystkich cząstek antycząstkami i lustrzane odbicie układu w przestrzeni). Powinny mieć małą masę, słabo oddziaływać ze znanymi cząstkami i rozpadać się na dwa fotony. „Niewyraźna” ciemna materia składa się z cząstek o niezwykle małej masie. Jest tak mała, że odpowiadająca jej długość fali de Broglie (skala, w której manifestują się kwantowe właściwości ciała) jest porównywalna z wielkością galaktyk. W tym przypadku okazuje się, że cząstki są „rozmazane” na orbitach wokół galaktyk, tak jak elektrony tworzą chmury w atomach i nie są cząstkami punktowymi na orbitach jąder.
Autorzy konkludują, że gwiazdy Bosego z aksionów mogą się rodzić za życia Wszechświata, a ich typowa masa będzie bardzo mała - będą centralnymi obiektami w miniklasterach o masie 10-13 mas Słońca. Jeśli nadal będą gromadzić cząstki, mogą przekroczyć rozmiar krytyczny i eksplodować - takie zdarzenie jest kandydatem do roli źródła szybkich rozbłysków radiowych. W przypadku „rozproszonej” ciemnej materii, takie gwiazdy również mogą powstawać w stosunkowo krótkim czasie. Co więcej, przy pewnej masie takich cząstek, model ten rozwiązuje problem braku satelitów karłowatych dużych galaktyk, takich jak Droga Mleczna: z modeli numerycznych wynika, że nasz układ gwiezdny powinien mieć wiele dziesiątek satelitów, a obserwuje się znacznie mniej. Jeśli teoria „rozmytej” ciemnej materii jest poprawna, to halo karłowatektóre miały stać się początkową podstawą małych galaktyk, zdołały skondensować się w znacznie mniejsze gwiazdy, które nie są w stanie utrzymać wokół siebie wielu zwykłej materii. Należy jednak zauważyć, że teoria ta jest silnie ograniczona przez inne obserwacje astronomiczne, tak że pozostaje tylko niewielki zakres możliwych mas cząstek.
