Os pesquisadores desenvolveram um modelo matemático que descreve o movimento das partículas de matéria escura dentro dos menores halos da galáxia. Eles observaram que, ao longo do tempo, a matéria escura pode formar gotículas esféricas de condensado quântico. Anteriormente, isso foi considerado impossível, como flutuações do campo gravitacional produzido por partículas de matéria escura foram ignoradas. O estudo é publicado em Cartas de revisão física .

A matéria escura é uma forma hipotética de matéria que não emite radiação eletromagnética. Essa propriedade torna difícil até mesmo provar sua existência. A velocidade das partículas de matéria escura é baixa, é por isso que são retidos pelas galáxias. Eles interagem uns com os outros e com a matéria comum tão fracamente que apenas seu campo de gravidade pode ser sentido; de outra forma, a matéria escura não se manifesta de forma alguma. Cada galáxia é cercada por um halo de matéria escura de tamanho e massa muito maiores.

A maioria dos cosmologistas acredita que as partículas de matéria escura têm grande massa, portanto, sua velocidade é alta. Ainda, na década de 1980, os físicos perceberam que, em condições especiais, essas partículas podem ser produzidas no início do universo com velocidade quase zero, independentemente de sua massa. Eles também podem ser muito leves. Como consequência, as distâncias em que a natureza quântica dessas partículas se torna aparente podem ser enormes. Em vez das escalas nanométricas que geralmente são necessárias para observar fenômenos quânticos em laboratórios, a escala "quântica" para tais partículas pode ser comparável ao tamanho da parte central de nossa galáxia.

Os pesquisadores observaram que as partículas de matéria escura, se forem bósons com massa suficientemente pequena, pode formar um condensado de Bose-Einstein nos halos de pequenas galáxias ou em subestruturas ainda menores devido às suas interações gravitacionais. Essas subestruturas incluem halos de galáxias anãs - sistemas de vários bilhões de estrelas unidos por forças gravitacionais, e miniclusters - sistemas muito pequenos formados apenas por matéria escura. O condensado de Bose-Einstein é um estado de partículas quânticas que ocupam o nível de energia mais baixo, tendo a menor energia. Um condensado de Bose-Einstein pode ser produzido no laboratório em baixas temperaturas a partir de átomos comuns. Este estado da matéria exibe propriedades únicas, como superfluidez, a capacidade de passar por pequenas fissuras ou capilares sem atrito. A matéria escura clara na galáxia tem baixa velocidade e alta concentração. Sob estas condições, ele deve eventualmente formar um condensado de Bose-Einstein. Mas para que isso aconteça, partículas de matéria escura devem interagir umas com as outras, mas, tanto quanto sabemos, eles interagem apenas gravitacionalmente.

“No nosso trabalho, simulamos o movimento de um gás quântico de luz, partículas de matéria escura que interagem gravitacionalmente. Começamos de um estado virializado com mistura máxima, que é meio oposto ao condensado de Bose-Einstein. Depois de um longo período, 100, 000 vezes mais do que o tempo necessário para uma partícula cruzar o volume de simulação, as partículas formaram espontaneamente um condensado, que imediatamente se transformou em uma gota esférica, uma estrela Bose, sob o efeito da gravidade, "disse um dos autores, Dmitry Levkov, Ph.D. em Física, pesquisador sênior do Instituto de Pesquisa Nuclear da Academia Russa de Ciências.

Dr. Levkov e seus colegas, Alexander Panin e Igor Tkachov, do Instituto de Física Nuclear da Academia Russa de Ciências, concluiu que o condensado de Bose-Einstein pode se formar nos centros de halos de galáxias anãs em um período de tempo mais curto do que o tempo de vida do universo. Isso significa que estrelas de Bose podem existir atualmente.

Os autores foram os primeiros a ver a formação de um condensado de Bose-Einstein a partir de matéria escura clara em simulações de computador. Em estudos numéricos anteriores, o condensado já estava presente no estado inicial, e estrelas de Bose surgiram a partir dele. De acordo com uma hipótese, o condensado de Bose poderia ter se formado no início do universo muito antes da formação de galáxias ou miniclusters, mas atualmente faltam evidências confiáveis ​​para isso. Os autores demonstraram que o condensado é formado nos centros de pequenos halos, e eles planejam investigar a condensação no universo inicial em estudos posteriores.

Os cientistas apontam que as estrelas de Bose podem ser a fonte de explosões rápidas de rádio que atualmente não têm explicação quantitativa. Partículas claras de matéria escura chamadas "axions" interagem com campos eletromagnéticos muito fracamente e podem se decompor em radiofótons. Este efeito é incrivelmente pequeno, mas dentro da estrela Bose, pode ser amplificado de forma ressonante, como em um laser, e pode levar a explosões gigantes de rádio.

"O próximo passo óbvio é prever o número de estrelas Bose no universo e calcular sua massa em modelos com matéria escura clara, "concluiu Dmitry Levkov.