Исследователи используют температуру экзопланет в качестве детекторов темной материи

Согласно новой статье, два астрофизика предполагают, что темную материю можно обнаружить, измерив ее влияние на температуру экзопланет, которые находятся за пределами нашей солнечной системы.

Эта экзопланета, газовый гигант под названием GJ 504b, находится на расстоянии 57 световых лет от Земли. Подобные экзопланеты могут помочь исследователям найти и измерить темную материю. Изображение предоставлено НАСА / Центр космических полетов Годдарда / S. Wiessinger

Это может дать новое понимание темной материи, загадочного вещества, которое нельзя наблюдать напрямую, но которое составляет примерно 80% массы Вселенной.

«Мы считаем, что должно быть около 300 миллиардов экзопланет, ожидающих своего открытия», — сказал Юрий Смирнов, научный сотрудник Центра космологии и физики астрономических частиц Университета штата Огайо.

«Даже обнаружение и изучение небольшого количества из них может дать нам много информации о темной материи, которую мы сейчас не знаем».

Смирнов сказал, что когда гравитация экзопланет захватывает темную материю, темная материя перемещается к ядру планеты, где она «аннигилирует» и выделяет свою энергию в виде тепла. Чем больше темной материи будет захвачено, тем больше она должна нагреть экзопланету. Этот нагрев можно измерить с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА, инфракрасного телескопа, запуск которого запланирован на октябрь и который сможет измерять температуру далеких экзопланет.

«Если у экзопланет есть аномальное нагревание, связанное с темной материей, мы сможем его уловить», — сказал Смирнов.

По словам Смирнова, экзопланеты могут быть особенно полезны для обнаружения светлой темной материи, которая представляет собой темную материю с меньшей массой. Исследователи еще не исследовали светлую темную материю с помощью прямого обнаружения или других экспериментов.

Ученые считают, что плотность темной материи увеличивается к центру нашей галактики Млечный Путь. Если это правда, исследователи должны обнаружить, что чем ближе планеты к центру Галактики, тем сильнее должна повышаться их температура.

«Если бы мы нашли что-то подобное, это было бы замечательно. Ясно, что мы нашли бы темную материю », — сказал Смирнов. Смирнов.

Смирнов и Ребекка Лин, научный сотрудник Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Стэнфордском университете, которая также является соавтором исследования, предлагают один тип поиска, который предполагает наблюдение вблизи Земли газовых гигантов — так называемых «суперюпитеров» — и коричневые карлики для доказательства нагрева, вызванного темной материей. Одним из преимуществ использования таких планет в качестве детекторов темной материи является то, что у них нет ядерного синтеза, как у звезд, поэтому меньше «фонового тепла», которое затрудняет обнаружение сигнала темной материи.

В дополнение к этому локальному поиску исследователи предлагают поиск далеких экзопланет-изгоев, которые больше не вращаются вокруг звезды. Отсутствие излучения звезды снова уменьшило бы помехи, которые могли бы скрыть сигнал от темной материи.

По словам Смирнова, одна из лучших сторон использования экзопланет в качестве детекторов темной материи заключается в том, что для этого не требуется никаких новых типов инструментов, таких как телескопы, или поиска, который еще не ведется.

На данный момент исследователи идентифицировали более 4300 подтвержденных экзопланет, а еще 5695 кандидатов находятся в стадии исследования. Ожидается, что космическая обсерватория Европейского космического агентства Gaia определит еще десятки тысяч потенциальных кандидатов в ближайшие несколько лет.

«С таким количеством исследуемых экзопланет у нас будет потрясающая возможность узнать больше, чем когда-либо прежде, о темной материи», — сказал Смирнов.