Kvantový plyn. Vpravo Boseho hvězda. Kredit: Dmitry Levkov.

Stále netušíme co je temná hmota zač. Přesto ale tenhle fenomén mučivě dráždí fantazii astrofyziků, kteří pak vymýšlejí neuvěřitelné věci. To je i případ ruských fyziků, kteří přišli s novým matematickým modelem, popisujícím interakce v temné hmotě. V jejich představách se v hlubokém vesmíru záhadná temná hmota obklopující malé galaxie může shlukovat do chladných a temných Boseho hvězd (Bose stars). Studii ruského týmu nedávno uveřejnil časopis Physical Review Letters.

Dmitry Levkov z Institutu pro jaderný výzkum Ruské akademie věd a jeho spolupracovníci modelovali pohyb (doposud neznámých) částic temné hmoty uvnitř hal temné hmoty kolem nejmenších galaxií. Z jejich rovnic vyplývá, že gravitační pole vytvářené částicemi temné hmoty může vytvářet kulaté objekty z kvantového kondenzátu. Čili Boseho hvězdy. Doposud bylo přitom něco takového považováno za nemožné.

Institut pro jaderný výzkum, logo.

Částice temné hmoty, pokud vůbec existují, zatím ještě nikdo nenašel. Proto je v podobných případech nutné přijmout řadu předpokladů, které dělají z výzkumu spíše jenom takové teoretické cvičení. Pokud ale takový model funguje, tak má přinejmenším estetickou hodnotu. Levkov a spol. počítali s tím, že temnou hmotu tvoří nesmírně lehké elementární částice, axiony. Po axionech přitom pátrá celá řada experimentů, leč stále bezvýsledně.

Boseho-Einstenův kondenzát. Kredit: NIST/JILA/CU-Boulder.

Levkov a jeho kolegové simulovali pohyb kvantového plynu, který tvoří právě axiony, tedy velice lehké, ale přesto gravitačně interagující částice temné hmoty. Vycházeli ze stavu s maximálním promícháním, který je protikladem Boseho-Einstenova kondenzátu. Za velmi dlouhé simulované časové období v jejich modelu došlo k tomu, že axiony spontánně vytvořily Boseho-Einstenova kondenzát, který se pak vlivem gravitace „srazil“ do podoby Boseho hvězd.

Z výpočtů Levkovova týmu vyplývá, že se takový Boseho-Einstenův kondenzát může tvořit v centrech hal trpasličích galaxií. A prý by to stihl za dobu kratší, než je dnešní stáří vesmíru. Levkov a spol. tedy tvrdí, že takové Boseho hvězdy mohou existovat. Pokud samozřejmě temnou hmoty tvoří axiony nebo podobné lehké částice, interagující převážně pouze gravitací. Autoři studie jsou první, komu se povedlo simulovat vznik Boseho-Einstenova kondenzátu z lehké a chladné temné hmoty.

Badatelé do budoucna plánují, že v simulacích prostudují kondenzaci temné hmoty v raném vesmíru. Zároveň se domnívají, že by Boseho hvězdy mohly být zdrojem tajuplných rychlých rádiových záblesků (FRB), které na nás prší z okolního vesmíru. Axiony by totiž podle Levkovova a spol. mohly velmi slabě interagovat s elektromagnetickými poli a rozpadat se přitom na fotony rádiového záření. Tento fenomén by měl být nesmírně nezřetelný. Nicméně, právě v nitru Boseho hvězd by mohl být extrémně zesílen a tryskat v podobě intenzivních rádiových erupcí, které známe jako rychlé rádiové záblesky.

Video:  Public Lecture | Axions: Ghost Riders in the Sky


Literatura
AKSON Russian Science Communication Association 23. 10. 2018, Physical Review Letters 121: 151301.