Istraživači sa Univerziteta Njukasl koristili su uvide stečene proučavanjem ultrahladnih atomskih Bose Ajnštajn kondenzata da analiziraju ponašanje rasplinute tamne materije, novog modela kosmološke tamne materije koji je nedavno privukao pažnju kosmologa.
Otkrili su da je fizičko stanje jezgra rasplinutih oreola tamne materije, gravitaciono vezanih struktura u kojima se pretpostavlja da se formiraju galaksije poput naše, isto kao kod Bose-Ajnštajn kondenzata (BEC) formiranih u laboratorijskim atomskim zamkama.
Interdisciplinarni tim je takođe otkrio da je nejasna tamna materija koja okružuje jezgra oreola u turbulentnom stanju, sa vrtlozima i fluktuacijama koje inhibiraju koherentnost u celom oreolu. Ova svojstva razlikuju rasplinutu tamnu materiju od šire prihvaćenog modela hladne tamne materije u kojoj nema koherentnih karakteristika i kvantnih vrtloga
Naučnici su pokazali da su centri oreola tamne materije u ovom novom modelu nejasne tamne materije praktično džinovski BEC, koji se ne protežu preko milionitih delova metara (mikrometara) kao u tipičnim hladnim atomskim sistemima, već preko hiljada svetlosnih godina (ekvivalentno desetinama miliona milijardi kilometara), koji obuhvataju centre galaksija i pokazuju svojstvo karakteristično za kvantne sisteme i BEC koje se naziva koherentnost.
Studija takođe opisuje unutrašnja kretanja spoljašnjih oreola i kinetičku energiju tamne materije tamo, što dovodi do zamršenog spleta kvantnih vrtloga sa karakterističnim profilima gustine u njihovim jezgrima.
Njihovi nalazi su objavljeni u časopisu Monthli Notices of the Roial Astronomical Societi.
Kosmologija se bavi veoma velikim razmerama u prirodi, od oblasti galaksija i galaktičkih jata do celog vidljivog univerzuma. Kosmolozi posmatraju univerzum, očigledno nisu u stanju da izvode eksperimente, a glavna prirodna sila koja ih zanima je gravitacija. Takva zapažanja su otkrila da je većina materije koja čini kosmos različita od one od koje se sastoje ljudi, planete i zvezde, i da je sastavljena od nepoznate supstance koja se zove, u nedostatku bolje reči, tamna materija.
Ultrahladna atomska fizika, s druge strane, opisuje ponašanje oblaka atoma, kao što su gasovi rubidijum, kalijum i natrijum, obično na milionitim delovima stepena iznad apsolutne nule u laboratorijama širom sveta, i ispituje fenomene koji otkrivaju kvantnu prirodu materija. Zasluge: Univerzitet Njukasl
Studija je spojila ove dve discipline, koju su vodili dr Gerasimos Rigopulos sa Univerziteta Njukasl i profesor Nik Proukakis, teoretičari kosmologije i ultrahladne atomske fizike. Tim je takođe uključivao istraživača dr I-Kang (Gari) Liu koji je nedavno završio svoju stipendiju Marie Curie na tu temu, dr Aleksa Sotoa i dr. student Miloš Inđin.
Dr Rigopulos, viši predavač primenjene matematike, rekao je: „Magnu tamnu materiju već nekoliko godina proučavaju kosmolozi, ali naš rad primenjuje koncepte iz proučavanja BEC dinamike koja postoji mnogo duže. shvatite da postoje specifične sličnosti sa BEC-ovima i krajnji cilj je da se ovo znanje iskoristi za osmišljavanje načina za bolje testiranje ovog novog i uzbudljivog modela opservativno.“
„Uvek sam držao otvoreno oko za interdisciplinarne pristupe u fizici i ovo je bio savršen problem za rešavanje iz takvog ugla. Uspostavljanje zajedničkog jezika je potrajalo, ali mogli smo da vidimo od početka, čak i kada smo osmislili ovaj projekat, da bilo je nagrada koje je trebalo požnjeti kada izađete iz svoje zone komfora i pokušate da sagledate stvari iz nove perspektive. Mislim da se naša upornost isplatila i da smo samo zagrebali šta takva saradnja može da uradi.“
Profesor Proukakis, profesor kvantne fizike i snažan zagovornik univerzalnih karakteristika takvih oblika kvantne koherentnosti, dodao je: „Fantastično je videti još jednu verodostojnu realizaciju sistema koji pokazuje Bose-Ajnštajnovu kondenzaciju: ovo je neverovatno videti, jer mi se sada bave tako ogromnim sistemom izvan mašte onih koji su prvi proučavali ovaj fenomen u kontrolisanim laboratorijskim postavkama.“
„Iako je stvaranje potencijalne imitirajuće gravitacione privlačnosti u kontrolisanim laboratorijskim postavkama i dalje izazovno/nepoznato u trodimenzionalnim sistemima, analogni prvobitno naizgled nemogući izazovi na kraju su se suočili sa takvim eksperimentalnim sistemima. Sama perspektiva, čak i ako nije vrlo verovatna, budućih mogućnosti stvaranje laboratorijskih postavki koje oponašaju određene aspekte distribucije materije u univerzumu je samo po sebi uzbudljivo.“
„Štaviše, čak i kao teorijsko igralište, fantastično je imati novi sistem za modeliranje, isprobavajući opsežnu ekspertizu stečenu iz laboratorijskih kondenzata, i nadajući se budućim opservacijskim testovima u kosmologiji.
Buduća istraživanja će se fokusirati na moguće načine posmatranja takvih karakteristika nejasne tamne materije, stavljajući ovaj model pod detaljnije posmatranje.
Naučnici pripremaju niz naknadnih publikacija, nakon što su već završili studiju koja pokazuje teorijsku sličnost jednačina koje upravljaju modelom nejasne tamne materije sa onima koje se koriste u proučavanju kako se Boze-Ajnštajnova kondenzacija razvija u laboratoriji dok se atomski gasovi hlade do blizu apsolutne nule.
Oni trenutno koriste uvide iz uspostavljenih teorija, osmišljenih da opišu hladne atome, kako bi matematički ujedinili konvencionalnu hladnu tamnu materiju i nove modele rasplinute tamne materije, dok takođe istražuju implikacije i, dugoročno gledano, opservacijska ispitivanja takvih nalaza.
