Три невидимые струны колеблются в межгалактической пустоте. Это не поэзия, а гипотеза о природе тёмной материи — сверхлёгком квантовом поле со спином 1, несущем три поляризации. В отличие от скалярных моделей вроде аксиона, векторная тёмная материя напоминает тройную нить, сплетённую из колебаний тёмных фотонов (так иногда называют эти частицы). Ещё в 1930-х Фриц Цвикки обнаружил невидимую массу в скоплениях галактик, положив начало поискам тёмной материи. Сценарий инфляции, предложенный Аланом Гутом, даёт механизм рождения таких полей с усиленным спектром флуктуаций на малых масштабах.
Проследить эволюцию тройной нити позволяет численное моделирование: физики решают систему уравнений Шрёдингера (впервые записанных Эрвином Шрёдингером) и Пуассона для трёх комплексных компонент. Гравитация, порождённая суммарной плотностью, заставляет волны схлопываться в конденсаты — Proca-звёзды. Симуляции на сетке 512³ в кубах размером ~10⁻⁸ Мпк охватывают эпоху от радиационного доминирования (красное смещение z~3.4×10⁵) до материальной эры (z~790), показывая, как формируется крупномасштабная структура.
Главный результат — соотношение \(\tilde{M}_\star = (2.65\pm0.42) \tilde{M}_h^{0.64}\). Оно связывает массу центрального ядра с массой родительского гало, причём показатель степени 0.64 заметно круче предсказаний для скалярных полей (обычно 1/3). Это различие напрямую отражает вклад дополнительных поляризационных нитей. Глобальный анализ поляризации показал, что доля продольной моды падает с 58% до 32% за время симуляции, уступая поперечным компонентам — тройная нить со временем «раскручивается».
Этот первый эмпирический закон для векторной тёмной материи критичен для предсказаний темпа слияний Proca-звёзд. Более крутой наклон ускоряет слияния, что может привести к усиленным гравитационно-волновым сигналам, различимым детекторами будущего. Отличие от скалярного случая означает, что внутренние поляризационные нити оставляют отпечаток на структуре гало, открывая новый способ проверки природы тёмной материи. Лишь около 10% гало в симуляциях содержат подтверждённые Proca-звёзды — тройная нить вплетается в космическое кружево избирательно.
Так три невидимые нити, закрученные инфляцией в первые мгновения после Большого взрыва, сплетаются в незримые звёзды. Их танец в гравитационном поле гало ещё только предстоит расшифровать, но первые аккорды уже прозвучали.
Типичная Proca-звезда при массе поля 10⁻⁵ эВ имеет размер орбиты Нептуна, но весит как крупный астероид — чайная ложка вещества из её ядра обладала бы массой в десятки миллионов тонн.