Два американских физика предположили, что девять концентрических колец, окружающих галактику LEDA 1313424, также известную как галактика «Яблочко», могли образоваться в результате квантового

В статье Пьер Сикиви и Юйсинь Чжао из Университета Флориды утверждают, что необычная структура возникла не в результате столкновения галактик, как предполагали предыдущие теории, а из-за бозе-эйнштейновского конденсата аксионов.

Тайна колец галактики LEDA

В 1941 году астрономы обнаружили галактику, окруженную светящимся кольцом, происхождение которого они не могли объяснить. Эта галактика получила название «Галактика в виде колеса». За прошедшие десятилетия было сделано множество открытий галактик с кольцами, чаще всего с одним кольцом, но иногда с двумя или тремя.

Чтобы объяснить это необычное явление, астрономы предположили, что такие кольца образуются, когда галактика меньшего размера сталкивается с центром галактики большего размера, создавая волны плотности, которые расходятся во все стороны. Однако в 2025 году астрономы под руководством Имада Паши из Йельского университета обнаружили нечто гораздо более странное: галактику, окруженную девятью концентрическими кольцами. Вскоре после этого удивительную структуру назвали галактикой «Яблочко».

После этого открытия астрономы предположили, что эти кольца образовались в результате особенно мощного столкновения с галактикой LEDA около 56 миллионов лет назад. Но когда Сикиви и Чжао стали изучать эту гипотезу, они обнаружили проблему. Если теория верна, то самое внешнее кольцо должно было удаляться от центра галактики со скоростью 1220 километров в секунду (758 миль в секунду), что невероятно быстро, учитывая предполагаемый характер столкновения и известное поведение галактического вещества.

Переосмысление теории столкновения

В качестве альтернативного объяснения ученые предполагают, что кольца галактики «Яблоко» могли образоваться из-за свойств темной материи — вещества, которое, как считается, составляет около 85% общей массы Вселенной, но до сих пор не было обнаружено.

Основываясь на наблюдениях за гравитационными движениями в галактиках, астрономы пришли к выводу, что темная материя скапливается в сферических гало, окружающих многие галактики. Однако в своих предыдущих исследованиях Сикиви утверждал, что более глубокого понимания можно достичь, если принять за основу одну из ведущих теорий о природе темной материи, согласно которой она состоит из гипотетических частиц, называемых аксионами, которые крайне слабо взаимодействуют с обычной материей.

Если темная материя существует в такой форме, то, как утверждает Сикиви, она все равно должна подчиняться закону сохранения углового момента. При взаимодействии аксионов с галактиками внутренние части гало темной материи образуют структуры, называемые каустическими кольцами. «Ранее мы предположили, что в дисковых галактиках есть каустические кольца темной материи с радиусами, очень похожими на те, что наблюдаются в галактике LEDA 1313424», — объясняет Сикиви.

Опираясь на эту идею, «мы сопоставили наблюдаемые радиусы колец с радиусами колец в интерпретации с каустическими кольцами и предположили, что кольца в системе LEDA — это отпечаток каустических колец тёмной материи на барионной материи в диске системы LEDA», — продолжает он.

Квантовая темная материя

Еще один элемент теории этого дуэта связан с квантовой природой аксионов. Когда газ из бозонов с низкой плотностью охлаждается почти до абсолютного нуля, значительная его часть может перейти в низшее квантовое состояние, что невозможно в более энергетически насыщенной системе.

Поскольку частицы коллективно находятся в одном и том же квантовом состоянии, их идентичные квантовые свойства проявляются на макроскопическом уровне, образуя конденсат Бозе — Эйнштейна. В таких условиях аксионы могут взаимодействовать с наблюдаемой барионной материей именно так, как это происходит в реальности.

Если эта идея верна, то «кольцеобразные галактики, в том числе LEDA, не обязательно являются результатом столкновений, как принято считать, — объясняет Сикиви. — Вместо этого они могут быть проявлением бозе-эйнштейновской конденсации аксионов тёмной материи».

На данный момент аксионы остаются крайне неуловимыми частицами, которые не удалось обнаружить напрямую, несмотря на десятилетия поисков. Таким образом, теория Сикиви и Чжао пока не может быть подтверждена напрямую. Однако если она верна, то может дать гораздо более правдоподобное объяснение одному из самых странных недавних астрономических наблюдений и пролить свет на квантовую природу темной материи.

На изображении:

Галактика «Яблочко» окружена девятью концентрическими кольцами — больше, чем у любой другой из когда-либо обнаруженных галактик.

Фото: NASA, ESA, И. Паша (Йельский университет), П. ван Доккум (Йельский университет)