Odkryto ponad 5000 planet poza naszym Układem Słonecznym, umożliwiając naukowcom badanie ewolucji planetarnej i rozważenie możliwości życia pozaziemskiego. Teraz opublikowane badanie UC Riverside opublikowane Przegląd fizyczny d sugeruje, że te „egzoplanet” mogą również służyć jako narzędzia do badania ciemnej materii.
Naukowcy zbadali, w jaki sposób ciemna materia, która stanowi 85% materii wszechświata, może wpływać na egzoplanet wielkości Jowisza przez długi czas. Ich teoretyczne obliczenia sugerują, że cząsteczki ciemnej materii mogą stopniowo zbierać w rdzeniach tych planet. Chociaż ciemna materia nigdy nie była wykryta w laboratoriach, fizycy są przekonani, że istnieje.
„Jeśli cząsteczki ciemnej materii są wystarczająco ciężkie i nie unicestwiają, mogą ostatecznie zawalić się w niewielką czarną dziurę”, powiedział pierwszy autor Mehrdad Phoroutan-Mehr, absolwent na Wydziale Fizyki i Astronomii, który pracuje z Hai-bo Yu, profesorem fizyki i astronomii. „Ta czarna dziura może następnie rosnąć i pochłonąć całą planetę, zamieniając ją w czarną dziurę o tej samej masie co oryginalna planeta. Ten wynik jest możliwy tylko w supersztycznym modelu nie-aniniHilating Dark Matter”.
Zgodnie z supersztycznym modelem, które nie-animilują ciemnej materii, cząsteczki ciemnej materii są niezwykle masywne i nie niszczą się nawzajem podczas interakcji. Naukowcy skupili się na tym modelu, aby pokazać, w jaki sposób nadmierne cząsteczki ciemnej materii są wychwytywane przez egzoplanety, tracą energię i dryfują w kierunku ich rdzeni. Tam gromadzą się i zapadają w czarne dziury.
„W gazowych egzoplanetach o różnych rozmiarach, temperaturach i gęstości czarne dziury mogą tworzyć się na obserwowalnych skalach czasowych, potencjalnie generując wiele czarnych otworów w życiu jednego egzoplanet”-powiedział Phoroutan-Mehr. „Wyniki te pokazują, w jaki sposób ankiety egzoplanetowe można wykorzystać do polowania na nadmierne cząsteczki ciemnej materii, szczególnie w regionach hipoteza, które są bogate w ciemną materię, podobnie jak centrum galaktyczne naszego Drogi Mlecznej”.
Do badania dołączyła Phoroutan-Mehr przez Tara Fetherolf, podoktoranckie badacz w Departamencie Ziemi i Nauk Planetarnych.
Phoroutan-Mehr wyjaśnił, że do tej pory astronomowie wykryli tylko czarne dziury z masami większymi niż nasze słońce. Powiedział, że większość istniejących teorii sugeruje, że czarne dziury muszą być przynajmniej takie ogromne.
„Odkrycie czarnej dziury z masą planety byłoby poważnym przełomem” – dodał. „Poparłoby to tezę naszego artykułu i oferuje alternatywę dla powszechnie akceptowanej teorii, którą czarne dziury wielkości planety mogłyby się utworzyć tylko we wczesnym wszechświecie”.
Według Phoroutana-Mehra egzoplanety nie były wiele używane w badaniach w ciemnej materii głównie dlatego, że naukowcy nie mieli wystarczającej liczby danych na ich temat.
„Ale w ostatnich latach nasza wiedza na temat egzoplanet dramatycznie się rozwinęła, a kilka nadchodzących misji kosmicznych zapewni jeszcze bardziej szczegółowe obserwacje” – powiedział. „Dzięki tej rosnącej masie danych egzoplanety można wykorzystać do testowania i kwestionowania różnych modeli ciemnej materii”.
Phoroutan-Mehr powiedział w przeszłości naukowcy badali ciemną materię, obserwując obiekty, takie jak Słońce, gwiazdy neutronowe i białe karła, ponieważ różne modele ciemnej materii mogą wpływać na te obiekty na różne sposoby. Na przykład niektóre modele sugerują, że ciemna materia może podgrzewać gwiazdy neutronowe.
„Tak więc, gdybyśmy zaobserwowali starą i zimną gwiazdę neutronów, mogłaby wykluczyć pewne właściwości ciemnej materii, ponieważ teoretycznie oczekuje się, że ciemna materia będzie je ogrzewać” – powiedział.
Dodał, że wiele egzoplanet (i Jowisza w naszym Układzie Słonecznym) nie zawalił się w czarne dziury, może pomóc naukowcom wykluczyć lub udoskonalić modele ciemnej materii, takie jak nadmierny model nie-jońlaków ciemnej materii.
„Gdyby astronomowie odkryli populację czarnych dziur wielkości planety, mogłaby stanowić mocne dowody na korzyść nadmiernego nie-ani-aniłowego modelu ciemnej materii”-powiedział Phoroutan-Mehr. „Ponieważ nadal zbieramy więcej danych i bardziej szczegółowo badamy poszczególne planety, egzoplanetowie mogą oferować kluczowe informacje na temat natury ciemnej materii”.
Phoroutan-Mehr zauważył, że innym możliwym wpływem ciemnej materii na egzoplanet-i być może na planety w naszym Układzie Słonecznym-jest to, że może je podgrzewać lub spowodować emitujące promieniowanie o wysokiej energii.
„Dzisiejsze instrumenty nie są wystarczająco wrażliwe, aby wykryć te sygnały” – powiedział. „Przyszłe teleskopy i misje kosmiczne mogą je odebrać”.
Tytuł artykułu brzmi: „Sondowanie nadmiernej ciemnej materii z egzoplanetami”.
