Целые планеты, состоящие из темной материи, могут существовать. Вот как мы можем их найти.

Возможно, мы не нашли много планетарных систем, подобных нашей Солнечной системе. Тем не менее, у них есть одна общая черта: кажется, что они сделаны из старой доброй барионной материи, из которой состоит наша планетарная система.

Но что, если есть Существуют ли планеты, состоящие из другого материала: частиц вне Стандартной модели? Что, если существуют планеты, состоящие из загадочного материала, который мы называем темной материей?

Никто так или иначе не может ответить на этот вопрос, по крайней мере, с нашими современными знаниями. Но группа ученых во главе с физиком-теоретиком Ян Баем из Университета Висконсин-Мэдисон хотела узнать, как проявятся эти гипотетические планеты и сможем ли мы обнаружить их, если они реальны.

Короткий ответ. да, если соблюдаются определенные условия, и исследователи изложили, почему в статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv.

В этой нашей Вселенной много неразгаданных тайн, но одна из самых больших должна быть темная материя. Мы не знаем, что такое темная материя, и не знаем, как она выглядит и из чего состоит. Единственное, что мы знаем наверняка, это то, что гравитация во Вселенной серьезно превышает количество барионной материи.

После того, как вы учли каждую галактику, каждую звезду и каждое дрейфующее облако пыли тишина и тьма между звездами, гравитация все еще намного больше, чем должна быть. Мы не знаем, что за это ответственно, но мы называем этот загадочный источник темной материей, и есть несколько теоретических кандидатов, которые исследуют ученые.

В целом этих кандидатов можно разделить на две категории: отдельные частицы , и композиты, в том числе макроскопические капли темной материи или Макросы, которые могут иметь массу планетарного масштаба. И, как объясняют Бай и его коллеги, «макроскопическое состояние темной материи с массой и/или радиусом, подобными таковым у планеты, будет вести себя как темная экзопланета, если оно ограничено звездной системой, даже если физика, лежащая в основе объекта, напоминает что-то совершенно другое».

Наши нынешние методы обнаружения экзопланет в настоящее время в значительной степени основаны на влиянии экзопланеты на свет своей родительской звезды. Мы также можем использовать эту информацию для измерения свойств экзопланеты.

Проход экзопланеты между нами и ее звездой, известный как транзит, приведет к тому, что свет звезды немного потускнеет. Астрономы могут измерить глубину затемнения, чтобы рассчитать радиус экзопланеты. Экзопланеты также заставляют свои звезды немного двигаться, поскольку они движутся вокруг общего центра тяжести, что можно обнаружить по изменениям длины волны света звезды. Количество движения, называемое радиальной скоростью, можно использовать для расчета массы экзопланеты.

Имея эти измерения, мы можем рассчитать плотность экзопланеты и, таким образом, определить, как она устроена. Низкая плотность, как у Юпитера, подразумевает огромную разреженную атмосферу, газовый гигант. Более высокая плотность, как у Земли, подразумевает каменистый состав. Как правило, первые имеют больший радиус, а вторые меньше.

По словам Бая и его коллег, это можно использовать для обнаружения потенциальных экзопланет из темной материи. Экзопланета из темной материи может иметь свойства, отличные от ожидаемых от обычных экзопланет, что противоречит нашему нынешнему пониманию формирования планет. Например, вы можете получить экзопланету с большей плотностью, чем железо, или с настолько низкой плотностью, что ее существование невозможно объяснить.

В настоящее время такие выбросы не обнаружены, но ученый может мечтать.

p>

Кроме того, астрономы смогли исследовать атмосферы экзопланет на основе данных о транзите. Они измеряют спектр света звезды во время прохождения и сравнивают его со светом звезды в обычном режиме, ища более тусклые и более яркие длины волн.

Это означает, что часть света была поглощена и/или переизлучена. молекулами в атмосфере экзопланеты; ученые могут анализировать эти данные, чтобы определить, что это за молекулы. Если в транзитном спектре обнаруживаются серьезные аномалии, это может указывать на присутствие экзопланеты из темной материи.

Если радиальная скорость указывает на то, что экзопланета должна пройти, а затем транзит не наблюдается, это может быть ключом к разгадке. к экзопланетам темной материи. И если транзитный провал, известный как кривая блеска, имеет неожиданную форму, это тоже может быть подсказкой.

«Из-за его крошечной, но не исчезающей силы взаимодействия с частицами Стандартной модели, экзопланета темной материи может быть не полностью непрозрачной, что делает форму кривой блеска отличимой от кривой обычной экзопланеты», — пишут исследователи.

Бай и его коллеги рассчитали, как может выглядеть эта кривая блеска, установив простая основа для более сложного теоретического анализа.

Есть несколько способов улучшить работу, отмечает команда. Например, они рассматривали только круговые орбиты; однако многие экзопланеты имеют эллиптические орбиты, особенно те, которые могли быть захвачены гравитацией звезды, как можно было бы ожидать от экзопланет из темной материи. Кроме того, свойства планет остались относительно простыми.

«Дальнейшее изучение образования экзопланет из темной материи в звездной системе и захвата экзопланет из темной материи поможет выяснить возможность обнаружения экзопланет из темной материи и будет необходимо. установить границы содержания экзопланет темной материи, если они не будут обнаружены», — заключают исследователи.

Статья доступна на сервере препринтов arXiv.