Des physiciens russes ont réalisé une simulation numérique de la formation de structures locales à partir de matière noire. Ce travail s'applique aux modèles populaires de matière invisible tels que les axions et la matière sombre floue. Les scientifiques sont arrivés à la conclusion que des analogues d'étoiles de la matière noire peuvent exister dans notre univers. Une pré-impression avec les résultats est publiée sur le site arXiv.org.
Diverses observations astronomiques ne sont pas d'accord avec l'hypothèse que la majeure partie de la masse de l'univers est contenue dans la matière lumineuse, comme les étoiles, et le gaz qui leur est associé. À l'heure actuelle, l'explication la plus généralement acceptée de cet écart est l'hypothèse de la matière noire, qui suppose l'existence d'une substance transparente à l'interaction électromagnétique, qui représente l'essentiel de la masse. Une telle matière devrait former d'énormes coquilles - des halos - autour des galaxies. Les théoriciens ont proposé de nombreux modèles de matière noire, dont la plupart la décrivent à travers des particules élémentaires non encore découvertes avec des propriétés différentes.
Le nouveau travail examine la formation de formations locales stables de matière noire, qui se conservent en raison de l'auto-gravité, similaires aux étoiles ordinaires. L'article suppose que les particules de matière noire sont des bosons et que les structures résultantes sont des accumulations de condensat de Bose-Einstein, c'est-à-dire que les conclusions sont valables pour des modèles populaires de matière invisible tels que les axions et la matière noire «floue». Une caractéristique du travail était la modélisation dans le cadre d'un régime purement cinétique, sans tenir compte de l'interaction des particules de matière noire entre elles. Pour la première fois, les auteurs ont pu montrer que les étoiles de Bose ne peuvent se condenser que par gravité, aucune hypothèse sur l'auto-action de la matière noire n'est à faire.
Des axions ont été proposés par des physiciens théoriciens comme solution au problème de la violation observée de l'invariance CP (remplacement simultané de toutes les particules par des antiparticules et réflexion miroir du système dans l'espace). Ils doivent avoir une faible masse, interagir faiblement avec les particules connues et se désintégrer en deux photons. La matière noire "floue" est constituée de particules de masse extrêmement faible. Il est si petit que la longueur d'onde de Broglie correspondante (l'échelle à laquelle les propriétés quantiques du corps se manifestent) est comparable à la taille des galaxies. Dans ce cas, il s'avère que les particules sont "étalées" sur les orbites autour des galaxies, tout comme les électrons forment des nuages dans les atomes, et ne sont pas des particules ponctuelles sur les orbites des noyaux.
Les auteurs concluent que les étoiles de Bose issues des axions pourraient bien naître pendant la durée de vie de l'Univers et que leur masse typique sera très petite - ce seront des objets centraux dans des mini-clusters de 10 à 13 masses solaires. S'ils continuent à accumuler des particules, ils peuvent dépasser la taille critique et exploser - un tel événement est un candidat pour le rôle de source de sursauts radio rapides. Dans le cas de la matière noire «diffuse», de telles étoiles peuvent également se former en un temps relativement court. De plus, avec une certaine masse de telles particules, ce modèle résout le problème du manque de satellites nains de grandes galaxies, comme la Voie lactée: des modèles numériques il s'ensuit que notre système stellaire devrait avoir plusieurs dizaines de satellites, et beaucoup moins est observé. Si la théorie de la matière noire «floue» est correcte, alors les halos nainsqui étaient censées devenir la base initiale de petites galaxies, ont réussi à se condenser en étoiles beaucoup plus petites, incapables de contenir beaucoup de matière ordinaire autour d'elles. Cependant, il convient de noter que cette théorie est très limitée par d'autres observations astronomiques, de sorte qu'il ne reste qu'une petite plage de masses de particules possibles.
