Russische natuurkundigen hebben een numerieke simulatie uitgevoerd van de vorming van lokale structuren uit donkere materie. Dit werk is van toepassing op populaire modellen van onzichtbare materie, zoals axions en Fuzzy Dark Matter. Wetenschappers zijn tot de conclusie gekomen dat analogen van sterren uit donkere materie in ons universum kunnen voorkomen. Een voordruk met de resultaten wordt gepubliceerd op de website arXiv.org.
Verschillende astronomische waarnemingen zijn het niet eens met de veronderstelling dat het grootste deel van de massa in het universum zich bevindt in lichtgevende materie, zoals sterren, en het gas dat ermee geassocieerd is. Op dit moment is de meest algemeen aanvaarde verklaring voor deze discrepantie de hypothese van donkere materie, die veronderstelt dat er een substantie bestaat die transparant is voor elektromagnetische interactie en die het grootste deel van de massa vertegenwoordigt. Dergelijke materie zou enorme omhulsels - halo's - rond sterrenstelsels moeten vormen. Theoretici hebben vele modellen van donkere materie voorgesteld, waarvan de meeste deze beschrijven door middel van nog niet ontdekte elementaire deeltjes met verschillende eigenschappen.
Het nieuwe werk onderzoekt de vorming van stabiele lokale formaties van donkere materie, die zichzelf vasthouden door zelfzwaartekracht, vergelijkbaar met gewone sterren. Het artikel gaat ervan uit dat de deeltjes van donkere materie bosonen zijn, en de resulterende structuren zijn opeenhopingen van Bose-Einstein-condensaat, dat wil zeggen dat de conclusies geldig zijn voor populaire modellen van onzichtbare materie als axionen en 'wazige' donkere materie. Een kenmerk van het werk was het modelleren binnen het kader van een puur kinetisch regime, zonder rekening te houden met de interactie van donkere materiedeeltjes met elkaar. Voor de eerste keer konden de auteurs aantonen dat Bose-sterren alleen kunnen condenseren door de zwaartekracht, er hoeven geen aannames te worden gedaan over de zelfwerking van donkere materie.
Axions werden door theoretisch fysici voorgesteld als een oplossing voor het probleem van de waargenomen schending van CP-invariantie (gelijktijdige vervanging van alle deeltjes door antideeltjes en spiegelreflectie van het systeem in de ruimte). Ze moeten een lage massa hebben, een zwakke wisselwerking hebben met bekende deeltjes en vervallen tot twee fotonen. "Wazige" donkere materie bestaat uit deeltjes met een extreem kleine massa. Het is zo klein dat de corresponderende de Broglie-golflengte (de schaal waarop de kwantumeigenschappen van het lichaam tot uiting komen) vergelijkbaar is met de grootte van sterrenstelsels. In dit geval blijkt dat de deeltjes worden "uitgesmeerd" in banen rond sterrenstelsels, net zoals elektronen wolken in atomen vormen en geen puntdeeltjes zijn in de banen van kernen.
De auteurs concluderen dat Bose-sterren uit axions heel goed kunnen worden geboren tijdens de levensduur van het heelal, en dat hun typische massa erg klein zal zijn - ze zullen centrale objecten zijn in miniclusters van 10-13 zonsmassa's. Als ze deeltjes blijven verzamelen, kunnen ze de kritische grootte overschrijden en exploderen - een dergelijke gebeurtenis is een kandidaat voor de rol van bron van snelle radioflitsen. In het geval van "diffuse" donkere materie kunnen dergelijke sterren ook in relatief korte tijd ontstaan. Bovendien lost dit model, met een bepaalde massa van dergelijke deeltjes, het probleem op van het gebrek aan dwergsatellieten van grote sterrenstelsels, zoals de Melkweg: uit numerieke modellen volgt dat ons sterrenstelsel vele tientallen satellieten zou moeten hebben, en er wordt veel minder waargenomen. Als de theorie van "wazige" donkere materie correct is, dan zijn dwerghalo'sdie verondersteld werden de eerste basis te worden voor kleine sterrenstelsels, zijn erin geslaagd zich te verdichten tot veel kleinere sterren, niet in staat om veel gewone materie om zich heen vast te houden. Er moet echter worden opgemerkt dat deze theorie in hoge mate wordt beperkt door andere astronomische waarnemingen, zodat er slechts een klein bereik van mogelijke deeltjesmassa's overblijft.