Астрономы рассчитали, как найти планеты, целиком состоящие из тёмной материи — если они, конечно, существуют
Возможно, мы пока нашли не так много планетарных систем, подобных нашей Солнечной системе. Тем не менее, у них есть одна общая черта: они состоят из обычной барионной материи, из которой состоит и наша система.
Но что, если существуют планеты, состоящие из материи другого рода — частиц, не вписывающихся в Стандартную модель? Что, если есть планеты, состоящие из того загадочного материала, который мы называем тёмной материей?
Никто не может ответить на этот вопрос однозначно — по крайней мере, с нашими нынешними знаниями. Но группа учёных под руководством физика-теоретика Яна Бая из Университета Висконсин-Мэдисон хотела узнать, как будут проявлять себя эти гипотетические планеты, и сможем ли мы их обнаружить, если они всё-таки существуют.
Короткий ответ — да, при соблюдении определённых условий. Исследователи изложили свои выкладки в статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv.
В нашей Вселенной есть много загадок, но одна из самых больших — тёмная материя. Мы не знаем, что такое тёмная материя, не знаем, как она выглядит и из чего состоит. Единственное, что мы знаем наверняка — это то, что действие гравитации на небесные тела, звёзды и галактики никак нельзя объяснить за счёт одной лишь барионной материи.
Мы называем причину этого явления «тёмной материей», и есть несколько теоретических кандидатов на её роль. В целом, всех этих кандидатов можно разделить на две категории: отдельные частицы и композиты, включая макроскопические сгустки тёмной материи, которые могут иметь массу планетарного масштаба. И, как объясняют Бай и его коллеги, «макроскопическое состояние тёмной материи с массой и/или радиусом, похожими на планету, будет вести себя как тёмная экзопланета, если она ограничена звёздной системой — даже если физика, лежащая в основе объекта, будет отличной от обычной».
Наши нынешние методы обнаружения экзопланет в значительной степени основаны на эффекте, который экзопланета оказывает на свет звезды-хозяина. Мы также можем использовать эту информацию для измерения свойств экзопланеты.
Прохождение экзопланеты между нами и её звездой, известное как транзит, приводит к небольшому ослаблению света звезды. Астрономы могут измерить степень затемнения, чтобы рассчитать радиус экзопланеты. Экзопланеты также вызывают небольшое движение своих звёзд, поскольку они движутся вокруг взаимного центра тяжести — это можно обнаружить по изменению длины волны света звезды. Величина этого движения, называемая радиальной скоростью, может быть использована для расчёта массы экзопланеты.
Как измеряется радиальная скорость
Имея на руках эти измерения, мы можем рассчитать плотность экзопланеты и таким образом определить, как она устроена. Низкая плотность, как у Юпитера, предполагает наличие огромной атмосферы с низкой плотностью — газовый гигант. Более высокая плотность, как у Земли, предполагает каменистый состав. Как правило, первые имеют больший радиус, а вторые — меньший.
По мнению Бая и его коллег, этот метод можно использовать и для обнаружения потенциальных экзопланет из тёмной материи. Экзопланеты из тёмной материи могут иметь свойства, отличные от ожидаемых свойств обычных экзопланет. Например, можно получить экзопланету плотнее железа или настолько низкоплотную, что её существование невозможно будет объяснить в привычных теориях. До сегодняшнего дня подобных экзопланет не найдено, но никто не запрещает фантазировать на эту тему.
Кроме того, астрономы смогли исследовать атмосферы экзопланет на основе данных о транзитах. Они измеряют спектр света от звезды во время транзитов и сравнивают его со светом звезды в обычное время.
Часть света была поглощается и/или переизлучается молекулами атмосферы экзопланеты; учёные могут проанализировать эти данные, чтобы определить, что это за молекулы. Если в спектре транзита обнаружатся серьёзные аномалии, это может указывать на наличие экзопланеты из тёмной материи.
Если радиальная скорость указывает на то, что экзопланета должна пройти транзитом, а транзита не наблюдается, это может быть подсказкой, указывающей на экзопланеты из тёмной материи. А если транзитный провал, известный как кривая блеска, имеет неожиданную форму, это тоже может быть подсказкой.
«Из-за своей крошечной, но не исчезающей силы взаимодействия с частицами Стандартной модели экзопланета из тёмной материи может быть не полностью непрозрачной, что делает форму кривой блеска отличимой от кривой блеска обычной экзопланеты», — пишут исследователи.
Бай и его коллеги рассчитали, как может выглядеть такая кривая блеска, заложив простую основу для более сложного теоретического анализа.
