Mik azok az örvények a sötét anyagban?
A sötét anyag jelenlétét csak közvetetten ismerjük fel, mivel sem kibocsátani, sem elnyelni nem képes fényt, így csak gravitációs hatása révén válik érzékelhetővé. Most viszont a szuperkönnyű (az elektron tömegének ezredrészénél is kisebb) részecskékből álló, úgynevezett „ultrakönnyű” sötét anyag elmélete új lehetőségeket nyitott meg. Ezek a részecskék kis kölcsönhatás esetén kvantumfolyadékként viselkednek, amelyben az anyag összesűrűsödve maghoz hasonló, kompakt „szolitonokat” alkot. Ezekben a gravitációs vonzóerő és a belső taszító kölcsönhatás egyensúlyban van – akárcsak a Napban, ahol a gravitációs összehúzó erő és a belső nyomás kiegyenlítik egymást.
Az ilyen szolitonok mérete akár egy csillagé is lehet, de a galaxis-méret sem kizárt, attól függően, mekkora a sötét anyag részecskéinek tömege. Ráadásul ezek a ködök jellemzően forognak, hiszen a galaxisok sem statikusak, hanem szintén pörögnek, fejlődnek.
Forgó szolitonok és mikroörvények kialakulása
A kutatók szimulációkkal vizsgálták, mi történik, ha egy ilyen sötét anyagból álló felhő forogni kezd. Meglepő eredményre jutottak: ahelyett, hogy a szerkezet egyenletesen forogna, mikroszkopikus örvényrácsok jelennek meg benne, mintha egy kvantumos tornádósereg jelent volna meg. Ezek az örvények a szuperfolyékony folyadékok világából lehetnek ismerősek – ilyenek például a folyékony héliumban létrejövő kvantált örvényvonalak. A sötét anyag szolitonjának közepén e vonalak mentén az anyagsűrűség nulla, a rendszer pedig kristályszerű mintázatot alkot.
A szimulációk alapján az örvények szépen rendezetten követik a teljes forgástengely irányát, és körpályán mozognak a szoliton belsejében. A források úgy írják le ezt, mint egy csomó miniatűr tornádót, amelyek kristályformában rendeződnek egymás mellé, nem pedig egy nagy közös körmozgást alkotnak.
Lehetséges következmények és észlelési problémák
Izgalmas kérdés, hogy ezek a mikroszkopikus örvények nem csupán egyetlen sötétanyag-halo határain belül léteznek-e, vagy lehetséges, hogy némelyikük „kilóg”, és összeköti a galaxisokat a kozmikus hálón keresztül, vagyis a sötét anyag óriási fonalai mentén, amelyek az univerzum nagyléptékű szerkezetét alakítják.
Jelenleg csupán elmélet létezik arra, hogy ezek az örvények valóban áthidalják a galaxisokat. Igazi kihívás kimutatni őket, mivel a sötét anyag láthatatlan – csak a rá ható gravitáció révén észlelhető közvetve. Az örvényvonalak azonban sűrűségcsökkenéseket okoznak, így speciális gravitációs potenciált hoznak létre, ami befolyásolhatja például a csillagok vagy a gáznemű ködök pályáit.
Ha a sötét anyag valaha is akár gyengén kölcsönhatna a hétköznapi anyaggal vagy fénnyel, ezek az örvények könnyebben azonosíthatók lennének – de ez ma még csak spekuláció. A kutatók már keresik azokat a megfigyelési módszereket, amelyekkel ezek a kvantumörvények ténylegesen detektálhatók lennének, illetve hogy valóban összefüggenek-e a kozmikus háló filamentszerű struktúráival.
Az univerzum tehát talán nem csak sötét anyaggal van tele, hanem mikroszkopikus, kvantumos örvénymintákkal is, amelyekről most kezdjük el sejteni, milyen szerepet játszhatnak a világegyetem legmélyebb szerkezetének kialakításában.
