Пара физиков предсказывает, что темная материя может повышать температуру планет за пределами нашей Солнечной системы. По их словам, космические телескопы, которые уже находятся в разработке, должны быть в состоянии обнаружить эффект, что потенциально позволит ученым проследить, как таинственный материал распространяется в нашей Галактике Млечный Путь.
«В науке мы редко получаем совершенно новую идею», - говорит Сара Сигер, планетолог из Массачусетского технологического института (MIT), которая не принимала участия в работе. «Так что, я думаю, здорово видеть это пересечение темной материи и экзопланет».
На протяжении десятилетий астрофизики думали, что невидимая темная материя должна окружать каждую галактику , так же как стекло окружает цветовой водоворот в центре мрамора. Гравитация темной материи необходима для объяснения того, почему звезды в быстро вращающихся галактиках не летают в космос.
Физики предполагают, что это вещество состоит из некой элементарной частицы, оставшейся после Большого взрыва. Но до сих пор все доказательства существования темной материи исходят из ее гравитационных эффектов, поскольку поиски частиц темной материи, плавающих и взаимодействующих с обычной материей другими способами, оказались безрезультатными .
Некоторые астрофизики вместо этого искали в небе косвенные признаки частиц темной материи. Многие теории утверждают, что когда пара частиц сталкивается, они должны аннигилировать друг друга, чтобы произвести наблюдаемые обычные частицы. Например, исследователи видели признаки загадочного свечения в центре нашей галактики, где темная материя должна быть наиболее плотной. Но они спорят , происходит ли это от темной материи или более прозаических источников, таких как нейтронные звезды.
Теперь Ребекка Лин, физик-теоретик из Массачусетского технологического института, и Юрий Смирнов, физик-астроном из Университета штата Огайо (OSU), предлагают использовать экзопланеты в качестве детекторов темной материи. Под действием силы тяжести частицы темной материи могут оседать в ядрах планет. Там они могут уничтожить друг друга, чтобы произвести достаточно тепла для повышения температуры планет , подсчитала команда в статье, опубликованной в Physical Review Letters .
Другие предположили, что темная материя может собираться и нагревать массивные тела, такие как нейтронные звезды. Фактически, в исследовании 2007 года использовались данные с Земли, чтобы исключить частицы темной материи с массой выше определенной. Но экзопланеты должны стать отличными целями для таких поисков по нескольким причинам, объясняет Лин, ныне работающий в Национальной ускорительной лаборатории SLAC. Во-первых, они могут быть намного массивнее, чем планеты в нашей Солнечной системе, поэтому они должны собирать больше темной материи и улавливать более легкие частицы темной материи. Во-вторых, их гораздо больше, и их легче обнаружить, чем нейтронные звезды. По оценкам исследователей, наша Галактика Млечный Путь изобилует 300 миллиардами экзопланет.
Однако подойдет не любая экзопланета. Чтобы выявить относительно небольшое потепление от темной материи, планета должна была остыть после своего огненного рождения. Значит, ему должно быть несколько миллиардов лет. И он должен вращаться вдали от тепла собственной звезды. «Не стоит искать свечу в лесном пожаре», - говорит Смирнов. Идеальной целью были бы планеты-изгои, ускользнувшие от своих звезд, или несостоявшиеся звезды, известные как коричневые карлики, которые можно обнаружить по тому, как их гравитация искажает изображения более далеких звезд.
По оценкам исследователей, аннигиляция темной материи может поднять температуру планеты в 14 раз массивнее Юпитера с 250 К до 500 К и более. Больше темной материи должно собираться на планетах ближе к центру галактики, где плотность темной материи самая высокая. Итак, говорит Лин, астрономы могут искать, чтобы температура самых холодных планет повышалась по мере приближения к центру. «Если мы увидим эту подпись, это будет дымящийся пистолет для темной материи».
Есть некоторые предостережения. Даже если ученые заметят потепление, сигнал не будет обеспечивать измерения массы и других свойств частиц темной материи. Схема также предполагает, что частицам темной материи не требуется много миллиардов лет, чтобы осесть на планеты, отмечает Крис Куварис, физик-астроном из Афинского национального технического университета, который проанализировал накопление темной материи в гораздо более массивных нейтронах. звезды. По его словам, это предположение необходимо проверить.
Тем не менее, по словам Лин и Смирнов, данные для такого исследования, скорее всего, будут собирать космические телескопы, которые уже разрабатываются. В частности, космический телескоп НАСА Нэнси Грейс Римский (ранее известный как WFIRST), запуск которого запланирован на 2025 год, и космический телескоп Джеймса Уэбба, запуск которого запланирован на конец этого года, будут искать такие планеты. «Мы определенно будем охотиться за планетами-изгоями с WFIRST», - говорит Сигер.
По словам Джона Бикома, астрофизика-теоретика из ОГУ, исследование экзопланет дополнит земные поиски частиц темной материи. По его словам, подземные детекторы могут обнаруживать частицы темной материи только с массой больше массы протона, но поиск экзопланет будет чувствителен к частицам с массой всего 1/1000 от этой массы. «Это позволяет нам исследовать свойства темной материи так, как мы не можем исследовать их на Земле».
