Почти сто лет назад астроном Фриц Цвикки заметил странное: галактики в скоплениях движутся быстрее, чем позволяла видимая масса. Так возникла загадка тёмной материи — невидимого вещества, которое удерживает всё вместе. Одна из гипотез говорит, что это не частицы-шарики, а квантовое поле (пронизывающее всё поле с квантовыми свойствами) со спином 1. Такое поле несёт три поляризации (направления колебаний), и физики иногда называют эти частицы «тёмными фотонами». В отличие от других моделей, например, с аксионами (гипотетическими частицами без спина), здесь есть три «нити», которые колеблются независимо. Гравитация заставляет эти нити скручиваться в очень плотные узелки — Proca-звёзды (квантовые сгустки, похожие на конденсат, названные в честь физика Александру Прока).
Чтобы понять, как нити образуют эти сгустки, учёные провели численное моделирование (расчёты на суперкомпьютере). Они решали уравнения, которые когда-то записал Эрвин Шрёдингер, следуя за эволюцией нитей от первых мгновений Вселенной. Считается, что такие поля рождаются во время инфляции — краткого периода сверхбыстрого расширения сразу после Большого взрыва, идею которого предложил Алан Гут. Симуляция охватила огромный промежуток времени: от эпохи, когда красное смещение (мера расширения Вселенной) было около 340 000, до значений около 800. Главный результат симуляции — простая степенная зависимость: масса центральной Proca-звезды пропорциональна массе окружающего облака в степени 0,64. Иными словами, чем тяжелее облако, тем тяжелее узелок, но не линейно. Эта степень заметно круче, чем для случаев, где есть только одна нить (скалярные поля). Различие выдаёт тройную природу поля. Моделирование также показало, как из этих нитей со временем складывается крупномасштабная структура Вселенной — паутина скоплений и пустот.
Знание этого правила помогает предсказать, как часто такие сгустки будут сталкиваться. А столкновения рождают гравитационные волны — колебания пространства-времени, которые могут зарегистрировать будущие детекторы. Так тройная нить, пронизывающая космос с его первых мгновений, сплетается в невидимые звёзды. Разгадка их природы только начинается.
Типичный сгусток из таких нитей — размером с орбиту Нептуна, а весит как астероид. Чайная ложка вещества из его ядра весила бы десятки миллионов тонн.