Materi gelap yang tak terlihat di alam semesta mungkin berputar menjadi gumpalan pemintal yang dipenuhi dengan vortisitas kecil yang tak terhitung jumlahnya, karya teoretis baru menunjukkan.
Temuan, diterbitkan 30 Mei di jurnal Ulasan Fisik dmenawarkan perspektif baru tentang perilaku aneh materi gelap “ultralight” – zat hipotetis yang terbuat dari partikel elementer yang sangat terang.
Dalam studi baru, fisikawan mengeksplorasi apa yang terjadi ketika halo materi gelap berputar – harapan alami untuk galaksi nyata, yang biasanya berputar saat berkembang. Berdasarkan pemodelan teoretis mereka dan simulasi terperinci, penulis menemukan bahwa bahan eksotis ini dapat berperilaku seperti superfluida, membentuk inti yang stabil dan berputar yang diatur dengan kisi pusaran seperti halnya yang terlihat dalam percobaan laboratorium.
Jenis materi gelap khusus
Berbeda dengan tampilan standar materi gelap Sebagai awan partikel yang berat dan lamban tanpa struktur internal, penelitian baru ini berfokus pada materi gelap yang terbuat dari partikel yang lebih ringan dari sepersejuta massa elektron. Partikel -partikel ini mungkin tidak melayang secara pasif di ruang angkasa; Jika mereka berinteraksi sedikit satu sama lain melalui kekuatan yang menjijikkan, mereka dapat berperilaku lebih seperti cairan kuantum.
Perilaku seperti cairan itu memungkinkan pembentukan “soliton”-struktur koheren yang kompak di mana tarikan gravitasi ke dalam diimbangi oleh tekanan luar dari interaksi diri.
“Soliton adalah solusi klasik dari persamaan gerak,” Philippe Braxseorang fisikawan teoretis di Université Paris-Saclay dan rekan penulis penelitian, mengatakan kepada Live Science. “Mereka sesuai dengan keseimbangan hidrostatik di mana gaya gravitasi yang menarik diseimbangkan oleh interaksi diri partikel yang menjijikkan, agak seperti matahari, yang juga dalam kesetimbangan hidrostatik.”
Soliton ini dapat berkisar dari ukuran bintang hingga seluruh galaksi, tergantung pada massa partikel materi gelap yang tidak diketahui. Dalam kasus yang lebih besar, mereka dapat membantu menjelaskan mengapa pusat-pusat galaksi tampak kurang padat dengan materi gelap daripada yang diperkirakan-masalah lama dalam kosmologi.
Dari awan pemintalan ke kisi pusaran
Para peneliti mensimulasikan apa yang terjadi ketika awan materi gelap yang tidak biasa ini berputar. Hasilnya mengejutkan: alih -alih berputar dengan lancar seperti badai atau bola padat, soliton mengembangkan kisi internal vortisitas mikroskopis.
“Ketika kondisi awal sedemikian rupa sehingga awan materi gelap berputar, hasil akhirnya adalah soliton berputar di tengah lingkaran cahaya yang runtuh,” kata rekan penulis studi Patrick menuangkanjuga dari Université Paris-Saclay. “Soliton ini menunjukkan bentuk oblate yang selaras dengan sumbu rotasi awal, dan menampilkan rotasi tubuh padat yang didukung oleh vortisitas terkuantisasi.”
Vortisitas ini tidak seperti angin yang berputar -putar atau pusaran air di dalam air. Sebaliknya, mereka menyerupai garis vortex kuantisasi yang muncul dalam superfluida seperti helium cair, di mana cairan berputar bukan secara keseluruhan tetapi melalui array benang pemintalan diskrit. Di tengah masing-masing pusaran, kerapatan materi gelap turun ke nol, dan bersama-sama, vortisitas menyelaraskan menjadi pola biasa seperti kisi.
“Simulasi kami menunjukkan bahwa garis pusaran ini selaras dengan momentum sudut total dan mengikuti orbit melingkar di dalam soliton,” kata Valagea. “Rotasi tidak seperti angin yang halus tetapi lebih seperti seikat tornado mikroskopis yang disusun dalam pola kristal.”
Salah satu ide menarik yang diangkat oleh para peneliti adalah apakah struktur pusaran kecil ini memiliki implikasi pada skala yang jauh lebih besar. Secara khusus, mereka berspekulasi bahwa beberapa garis pusaran dapat melampaui halo tunggal, menghubungkan galaksi melalui filamen luas dari Web Kosmik -Sulur raksasa dari materi gelap yang membentuk struktur skala besar alam semesta.
“Pada tahap ini, gagasan bahwa beberapa garis pusaran ini dapat bergabung dengan lingkaran cahaya yang berbeda melalui filamen web kosmik adalah hipotesis,” kata Brax. Jika benar, itu bisa berarti bahwa efek kuantum dalam materi gelap secara halus mempengaruhi bagaimana galaksi menyelaraskan dan bergerak di dalam benang kolosal ini.
Mendeteksi struktur pusaran seperti itu akan menantang. Karena materi gelap tidak memancarkan atau menyerap cahaya, para ilmuwan hanya dapat menyimpulkan keberadaannya dari pengaruh gravitasi pada materi yang terlihat seperti bintang dan gas.
Namun, mungkin ada cara untuk melihat efeknya. “Vortisitas ini dikaitkan dengan palung dalam kepadatan materi gelap,” kata Brax. “Dengan demikian, mereka mencetak fitur karakteristik dalam potensi gravitasi, yang dapat mempengaruhi orbit bintang atau awan gas di galaksi seperti Bimasakti. “
Dalam skenario yang lebih spekulatif, jika materi gelap berinteraksi bahkan lemah dengan materi atau cahaya biasa, vortisitas mungkin meninggalkan sidik jari yang lebih langsung – tetapi untuk saat ini, itu tetap menjadi pertanyaan terbuka.
Tim berencana untuk menyelidiki apakah kisi -kisi vortex yang diprediksi dapat dideteksi melalui pengamatan astronomi dan apakah mereka benar -benar terhubung ke filamen kosmik yang membentang di seluruh ruang.
Untuk saat ini, pusaran air hantu ini tetap tidak terlihat – tetapi sebagai teori dan teknologi maju, para ilmuwan mungkin menemukan bahwa kosmos tidak hanya diisi dengan materi yang tidak terlihat tetapi ditenun dengan pola pemintalan benang kuantum.
