I fisici russi hanno effettuato una simulazione numerica della formazione di strutture locali dalla materia oscura. Questo lavoro si applica a modelli popolari di materia invisibile come assioni e Fuzzy Dark Matter. Gli scienziati sono giunti alla conclusione che nel nostro universo possono esistere analoghi delle stelle della materia oscura. Un preprint con i risultati è pubblicato sul sito web arXiv.org.
Varie osservazioni astronomiche non concordano con l'assunto che la maggior parte della massa nell'universo sia contenuta nella materia luminosa, come le stelle, e il gas ad esse associato. Al momento, la spiegazione più generalmente accettata per questa discrepanza è l'ipotesi della materia oscura, che presuppone l'esistenza di una sostanza trasparente all'interazione elettromagnetica, che rappresenta la maggior parte della massa. Tale materia dovrebbe formare enormi gusci - aloni - attorno alle galassie. I teorici hanno proposto molti modelli di materia oscura, molti dei quali la descrivono attraverso particelle elementari non ancora scoperte con proprietà diverse.
Il nuovo lavoro esamina la formazione di formazioni locali stabili di materia oscura, che si mantengono a causa dell'auto-gravità, simili alle stelle ordinarie. L'articolo presume che le particelle di materia oscura siano bosoni e che le strutture risultanti siano accumuli di condensato di Bose-Einstein, cioè le conclusioni sono valide per modelli popolari di materia invisibile come assioni e materia oscura "sfocata". Una caratteristica del lavoro è stata la modellazione nel quadro di un regime puramente cinetico, senza tenere conto dell'interazione delle particelle di materia oscura tra loro. Per la prima volta, gli autori sono stati in grado di dimostrare che le stelle di Bose possono condensarsi solo a causa della gravità, non è necessario fare ipotesi sull'auto-azione della materia oscura.
Gli assioni sono stati proposti dai fisici teorici come soluzione al problema della violazione osservata dell'invarianza CP (sostituzione simultanea di tutte le particelle con antiparticelle e riflessione speculare del sistema nello spazio). Dovrebbero avere una massa bassa, interagire debolmente con particelle note e decadere in due fotoni. La materia oscura "sfocata" è costituita da particelle di massa estremamente piccola. È così piccola che la corrispondente lunghezza d'onda di de Broglie (la scala alla quale si manifestano le proprietà quantistiche del corpo) è paragonabile alla dimensione delle galassie. In questo caso, si scopre che le particelle sono "imbrattate" in orbite attorno alle galassie, proprio come gli elettroni formano nuvole negli atomi e non sono particelle puntiformi nelle orbite dei nuclei.
Gli autori concludono che le stelle di Bose dagli assioni potrebbero benissimo nascere durante la vita dell'Universo, e la loro massa tipica sarà molto piccola - saranno oggetti centrali in minicluster con una massa di 10-13 masse solari. Se continuano ad accumulare particelle, possono superare le dimensioni critiche ed esplodere: un evento del genere è un candidato per il ruolo di fonte di esplosioni radio veloci. Nel caso della materia oscura "diffusa", tali stelle possono anche formarsi in un tempo relativamente breve. Inoltre, con una certa massa di tali particelle, questo modello risolve il problema della mancanza di satelliti nani di grandi galassie, come la Via Lattea: da modelli numerici ne consegue che il nostro sistema stellare dovrebbe avere molte decine di satelliti, e molto meno si osserva. Se la teoria della materia oscura "sfocata" è corretta, allora gli aloni naniche avrebbero dovuto diventare la base iniziale per le piccole galassie, sono riuscite a condensarsi in stelle molto più piccole che non sono in grado di trattenere molta materia ordinaria intorno a loro. Tuttavia, va notato che questa teoria è fortemente limitata da altre osservazioni astronomiche, così che rimane solo un piccolo intervallo di possibili masse di particelle.
