За пределами нашей Солнечной системы обнаружено более 5000 планет, по которым можно исследовать эволюцию небесных тел и, может быть, даже найти внеземную жизнь. Астрофизики Калифорнийского университета в Риверсайде предлагают также использовать экзопланеты как инструмент поиска доказательств существования темной материи.
Смелая теория выдвинута в статье в журнале Physical Review D. Ее авторы смоделировали, как темная материя может воздействовать на экзопланеты размером с Юпитер в течение долгого времени. По расчетам выходит, что частицы темной материи могут постепенно накапливаться в ядрах этих планет.
«Если частицы темной материи достаточно тяжелые и не аннигилируют, они в конечном итоге могут коллапсировать в крошечную черную дыру. Она будет расти, поглощая планету, и превратится в итоге в черную дыру с массой, равной массе исходной планеты. Такой сценарий возможен только в рамках модели сверхтяжелой неаннигилирующей темной материи», — объясняет аспирант Мехрдад Форутан-Мехр с кафедры физики и астрономии, первый автор статьи.
Согласно этой модели, частицы темной материи обладают чрезвычайно большой массой и не уничтожают друг друга при взаимодействии. Исследователи проанализировали, как такие сверхтяжелые частицы захватываются экзопланетами, теряют энергию и перемещаются к ядрам, где могут, накопившись, коллапсировать в черные дыры.
«В газообразных экзопланетах различных размеров, температур и плотностей черные дыры могут формироваться в наблюдаемые временные масштабы, потенциально даже создавая множественные черные дыры в течение жизни одной экзопланеты. Эти результаты показывают, как исследования экзопланет могут быть использованы для поиска сверхтяжелых частиц темной материи, особенно в богатых ею областях вроде центра нашего Млечного Пути», — продолжает астрофизик.
Все обнаруженные на сегодня черные дыры тяжелее Солнца. Более того, большинство теорий предполагает их большую массу.
«Обнаружение черной дыры с массой планеты стало бы крупным прорывом. Это подтвердило бы тезис нашей статьи и предложило альтернативу общепринятой теории о том, что черные дыры размером с планету могли сформироваться только в ранней Вселенной», — надеется Форутан-Мехр.
По его словам, экзопланеты до сих пор мало использовались в исследованиях темной материи в основном потому, что у ученых не было достаточных данных о них.
«Но в последние годы наши знания об экзопланетах значительно расширились, и несколько предстоящих космических миссий предоставят еще более детальные наблюдения. С этим растущим объемом информации экзопланеты могут быть использованы для проверки и опровержения различных моделей темной материи», — считает аспирант.
По его мнению, то, что многие экзопланеты (и наш Юпитер) не коллапсировали в черные дыры, может помочь ученым исключить или уточнить модель сверхтяжелой неаннигилирующей темной материи.
«Если астрономы обнаружат популяцию черных дыр размером с планету, это станет веским доказательством в пользу модели сверхтяжелой неаннигилирующей темной материи. Чем глубже мы изучаем отдельные планеты, тем больше шанс, что они дадут подсказки к пониманию темной материи», — подчеркивает исследователь.
Другим возможным воздействием темной материи на экзопланеты — и, возможно, на планеты в нашей Солнечной системе — может быть нагрев или вынужденное излучение ими высокоэнергетических частиц, добавил Форутан-Мехр.
«Современные инструменты недостаточно чувствительны для обнаружения этих сигналов. Будущие телескопы и космические миссии, возможно, смогут их уловить», — заключил он.
Внутри планет или астероидов могут скрываться крошечные черные дыры
Ганимед предложили сделать гигантским детектором темной материи
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram