Образованы ли планеты за пределами нашей Солнечной системы только обычными известными нам частицами или они могут состоять и из частиц темной материи?
Именно на этот вопрос попытались ответить физик-теоретик Ян Бай и группа исследователей из Университета Висконсин-Мэдисон в недавно опубликованной научной работе. Помимо выдвижения идеи о существовании "темных" экзопланет, ученые исследуют методы их обнаружения.
Темная материя - одна из нерешенных проблем века. Мы очень мало знаем об этом вкладе материи в нашу Вселенную, несмотря на то, что на нее приходится около 85% общей массы космоса. Идея, которую исследовали эти ученые, может пригодиться для лучшего понимания природы этой проблемы.
Мы знаем, что темная материя не излучает электромагнитное излучение: она не взаимодействует со светом, поэтому не светится. В результате даже экзопланеты из темной материи будут взаимодействовать со светом не так, как обычные экзопланеты.
Кандидатов на объяснение того, что такое темная материя, можно условно разделить на две категории: состояния отдельных частиц или композиты. Последняя возможность содержит, как пишут ученые из команды Бая, "макроскопическую темную материю, которая, если бы у нее была масса и/или радиус, близкие к массе и/или радиусу планеты, вела бы себя как темная экзопланета, если бы была связана со звездной системой, даже если физика, лежащая в основе объект был бы другой природы".
Современные методы обнаружения обычных экзопланет в основном основаны на влиянии экзопланеты на свет, излучаемый звездой, вокруг которой она вращается. Мы можем думать об использовании тех же механизмов и для обнаружения темных экзопланет.
В частности, команда сосредоточилась на изучении изменения яркости кривой блеска звезды во время прохождения или транзита планеты перед ней. Это изменение может раскрыть информацию о размере, орбите и радиусе экзопланеты.
Хотя экзопланеты из темной материи будут иметь иные свойства, чем обычные экзопланеты, эти объекты, как говорится в научной статье, "действительно могут иметь очень небольшое взаимодействие с частицами Стандартной модели, но не обязательно никакое. Поэтому темная экзопланета может быть не полностью непрозрачной, что делает ее кривую блеска отличимой от кривой блеска обычной экзопланеты".
Используя транзитный метод, ученые продемонстрировали, как отличить темные, частично прозрачные экзопланеты от обычных, полностью непрозрачных экзопланет, используя как данные наблюдаемых экзопланет, так и выдуманные данные темных экзопланет. Анализ показывает, что темные экзопланеты с радиусом более 10 процентов от радиуса звезды могут быть идентифицированы с помощью чувствительности современных телескопов.
Кроме того, астрономы изучают атмосферы некоторых экзопланет на основе данных о транзитах. Измерив спектр света, излучаемого звездой во время транзитов, они сравнят эти данные с обычным светом звезды, чтобы обнаружить аномалии в длинах волн. Анализируя этот свет, можно определить, какая часть излучения была поглощена и/или переизлучена молекулами в атмосфере планеты, тем самым определяя ее состав. Если будут обнаружены серьезные аномалии, это может свидетельствовать о наличии темной экзопланеты.
Наконец, экзопланета, проходящая вблизи своей звезды, должна вызывать слабое (но ощутимое) изменение в ее движении. Эта величина называется радиальной скоростью. Если с помощью этого метода предполагается существование экзопланеты, но транзит не происходит, это может стать подсказкой, указывающей на наличие экзопланет, состоящих из темной материи.
В настоящее время никаких аномалий не выявлено, но благодаря усовершенствованию данного исследования и расширению расчетов сделанных приближений, эта гипотеза может преподнести нам сюрпризы.
Дальнейшие исследования формирования звездных систем с темными экзопланетами и изучение возможного захвата их звездами могут помочь нам прояснить возможность их обнаружения. Они также могут дать нам ограничения на присутствие и обилие этих экзопланет во Вселенной.