Najnowsze badania wskazują jednak na coś niezwykle interesującego. Badacze wskazują, że jądra galaktyk mogą skrywać przed nami ogromne — i to dosłownie — i niewidoczne ciemne gwiazdy, które miałyby być zbudowane z ciemnej materii.
Od dziesięcioleci astronomowie zmagają się z tajemnicą ciemnej materii, niewidzialnej substancji, która stanowi większość masy galaktyki. Przeważająca teoria zakłada, że ciemna materia składa się z ciężkich, słabo oddziałujących cząstek. Problem jednak w tym, że gdyby tak faktycznie było, to w centrum galaktyki, takiej jak nasza, gęstość ciemnej materii powinna być ekstremalnie wysoka. Tak jednak nie jest. Wszystkie symulacje przewidują, że owe ciężkie cząstki powinny się ze sobą łączyć znacznie gęściej, niż faktycznie to obserwujemy.
Czytaj także: Ciemna materia powstała… PRZED wielkim wybuchem. Jak to możliwe?
Potencjalne rozwiązanie tej zagadki leży w dość oryginalnej koncepcji „rozmytej” ciemnej materii. Hipoteza ta zakłada, że cząstki ciemnej materii nie tylko nie są ciężkie, ale są niesamowicie lekkie – miliardy razy lżejsze nawet od neutrin. Cząstki te byłyby tak lekkie, że zachowywałyby się jak fale w skali galaktycznej. To z kolei zapobiegałoby tworzeniu przez nich niezwykle gęstych skupisk. Zamiast tego mogłyby one tworzyć gigantycznych rozmiarów struktury o niskiej gęstości. Tak właśnie miałyby powstawać potężne ciemne gwiazdy.
Jeżeli już mówimy o rozmiarach, to przypomnijmy, że Słońce ma 1,4 mln km średnicy. Dla porównania ciemne gwiazdy miałyby średnicę nawet tysięcy lat świetlnych, czyli znajdowałyby się w zupełnie innym reżimie rozmiarów.
Co jednak ważne, mimo rozmiarów, takie gwiazdy pozostawałyby wciąż stosunkowo lekkie, ze względu na masę tworzących je cząstek. Ta wyjątkowa cecha pozwala im potencjalnie tworzyć jądra galaktyk, z jednej strony tworząc centrum oddziaływania grawitacyjnego, a z drugiej zapobiegając powstawaniu w tymże centrum nadmiernie wysokich gęstości.
Centra galaktyk oczywiście nie składają się wyłącznie z ciemnej materii. Znajduje się w nich także zwykła materia w formie chociażby gazu i gwiazd, które na szczęście jesteśmy w stanie uważnie obserwować. Aby przetestować hipotezę rozmytej ciemnej materii, najpierw jednak trzeba zrozumieć, w jaki sposób owa tajemnicza forma materii oddziałuje ze zwykłą materią.
Najnowsze badania, których wyniki opublikowano w grudniu 2024 r. na portalu preprintów naukowych arXiv stanowią istotny krok w tym kierunku. Badacze stworzyli bardzo uproszczony model galaktyki zawierający rozmytą ciemną materię i gaz idealny. W takim uproszczonym środowisku następnie symulowano ewolucję tych dwóch składników pod wpływem wzajemnego przyciągania grawitacyjnego.
Czytaj także: Z czego składa się ciemna materia? Odległa galaktyka daje nam wskazówkę
Symulacja ujawniła zaskakujące zachowanie. Choć początkowo ciemna materia zachowywała się względnie losowo, szybko połączyła się ze sobą, tworząc centralną sferę otoczoną rozproszonym halo. Co więcej, zbudowany z materii zwyczajnej gaz, zmieszał się z ciemną materią w centrum tej struktury. W ten sposób powstało coś, co naukowcy określili mianem gwiazdy fermionowo-bozonowej.
Taka gwiazda jednak nie przypomina typowej gwiazdy. Wszystko wskazuje, że jej średnica osiągnęłaby nawet 10 000 lat świetlnych i byłaby ona praktycznie niewidoczna. Teoretycznie możliwe byłoby wystąpienie słabego blasku gazu znajdującego się wewnątrz takiej gwiazdy. Co ważne, struktura ta dokładnie odzwierciedla obserwowaną gęstość normalnej materii w jądrach galaktycznych. Możliwe zatem, że model rozmytej ciemnej materii ma wiele wspólnego z rzeczywistością.
Chociaż badania te oferują intrygujący wgląd w możliwą naturę jąder galaktycznych, to jest to dopiero początek badań. Teraz badania należy powtórzyć na bardziej szczegółowych modelach galaktyki. W ten sposób wyniki staną się dokładniejsze, a my poznamy nowe właściwości hipotetycznych ciemnych gwiazd fermionowo-bozonowych.