Старый звёздный шар, собравший сотни тысяч солнц, миллиарды лет кружит по окраине карликовой галактики. По расчётам он давно должен был рухнуть в центр, как тяжёлый камень в киселе. Но шар держится на месте, и этот факт не даёт покоя астрофизикам уже несколько десятилетий.
В стандартной картине холодной тёмной материи галактики окружены невидимым гало, плотность которого резко растёт к центру. Любой массивный объект, движущийся сквозь такое гало, испытывает сопротивление: гравитация позади него сильнее, чем впереди, и он тормозится, как лодка, тянущая за собой волну. Этот эффект называют динамическим трением. Для шаровых скоплений в карликовых галактиках он должен быть настолько сильным, что за десять миллиардов лет все они окажутся в центре. Но телескопы видят обратное: скопления живы и распределены по всему объёму.
Решение может быть в том, что тёмная материя не холодная, а туманная. В этой модели частица тёмной материи настолько лёгкая, что её волновые свойства проявляются на масштабах в тысячи световых лет. Вместо резкого пика плотности в центре галактики образуется гладкое ядро, похожее на размытое пятно тумана. Динамическое трение в таком тумане слабее, и скопления перестают тонуть.
Авторы новой работы взяли данные ранних наблюдений космического телескопа «Евклид» для двух скоплений галактик: Печи и Персея. Они отобрали тысячи кандидатов в шаровые скопления в сотнях карликовых галактик и проследили их орбиты в течение десяти миллиардов лет. Варьируя массу частицы туманной тёмной материи, они нашли порог, при котором скопления перестают падать в центр. Для скопления Печи получился верхний предел 1,46×10⁻²² эВ, для Персея — 1,09×10⁻²² эВ. Эти числа согласуются с оценками из динамики звёзд в карликовых галактиках, но противоречат данным по звёздным потокам и лесу Лайман-альфа.
Пока неясно, кто прав. Возможно, модель туманной тёмной материи требует уточнения, а возможно, проблема времени решается иначе, например, скопления рождаются дальше от центра, чем считалось. Будущие выпуски данных «Евклида» дадут на порядок больше объектов и позволят сузить допустимый диапазон масс. А пока старый звёздный шар продолжает свой танец на окраине, не желая тонуть в тумане.
Масса частицы туманной тёмной материи в 10²² раз меньше массы электрона, но её волновые свойства проявляются на масштабах в тысячи световых лет.
Идея сверхлёгкой тёмной материи, образующей квантовые волны на галактических масштабах, перекликается с концепцией «квантового тумана» в романе Грега Игана «Лестница Шильда», где физика вакуума определяет структуру вселенной.