Темная материя может порождать черные дыры, поглощающие планеты изнутри, допустили ученые
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.
