Планети от тъмна материя. Два начина да ги открием

Ваня Милева Последна промяна на 28 март 2023 в 00:01 5470 0

Можем ли да видим следи от взривени планети от тъмна материя?

Кредит Nagualdesign/Tomruen/Wikimedia Commons

Представа на художник за хипотетичния обект от Слънчевата система - Планета 9.

Тъмната материя остава разочароващо неуловима. В нито един от лабораторните експерименти не е наблюдавана пряко такава материя, а в космически мащаби има само  косвени доказателства, че съществува.

Сега една нова хипотеза предполага, че голяма част от тъмната материя се е свързала в компактни сфери с размерите на Нептун в т.нар. планети от тъмна материя.

Но макар че тези планети ще останат невидими за нас, те могат да образуват атмосфери от хелий и водород, които могат да претърпят ядрен синтез, което може да ни даде важна информация за тяхното присъствие.

Основанията за тази хипотеза са изложени от екип от учени, ръководен от физика-теоретик Ян Бай (Yang Bai) от Университета на Уисконсин-Медисън в статия, публикувана на сървъра за предпечатни публикации arXiv.

Планети от тъмна материя

Доказателствата за наличието на тъмна материя се виждат на много места. Звездите обикалят около центровете на своите галактики много по-бързо, отколкото ако бяха само от "нормална" материя. Галактиките също се движат твърде бързо в своите купове. Структурата на космическия микровълнов фон - светлината, излъчена, когато Вселената е била само на 380 000 години - е такава благодарение на тъмната материя. А има и много други неща. Никоя друга алтернативна теория не може да обясни изобилието от данни, които потвърждават, че има още нещо, освен обикновената материя.

И все пак никой не е успял да открие пряко тъмната материя. Отчасти това може да се дължи на това, че тъмната материя не взаимодейства с нормалната, освен гравитационно.  Може би инструментите, с които разполагат учените, не са достатъчно чувствителни или не са провеждани достатъчно дълго експерименти, за да бъдат събрани достатъчно данни, за да се улови сигурен сигнал.

А може би във Вселената има много тъмна материя, но не я търсим там, където трябва.

Образуването на планети от тъмна материя би обяснило защо не е открита тъмна материя. Вместо да е плавно разпределена из цялата галактика, по-голямата част от тъмната материя може да е в кълба с маса, варираща от тази на астероид до тази на Нептун. Ако някоя от тези сфери не премине през някой детектор, никой няма да я види.

Това е интересна идея, но както всяка научна хипотеза, трябва да се провери.

В статията се предлага как да стане точно това.

Транзит

Най-общо тези кандидати могат да бъдат разделени на две категории: единични частици и композити, включително макроскопични капчици тъмна материя, или макроси, които биха могли да имат маси от планетарен мащаб или както обясняват авторите,"макроскопично състояние на тъмна материя с маса и/или радиус, подобни на тези на планета, ще се държи като тъмна екзопланета, ако е ограничено до звездна система, дори ако физиката на обекта в основата му наподобява нещо съвсем друго."

Настоящите методи за откриване на екзопланети в момента се основават главно на ефекта, който екзопланетата оказва върху светлината на своята звезда домакин. Тази информация може да се използва и за измерване на свойствата на екзопланетата.

Преминаването на екзопланета между наблюдателя и нейната звезда, известно като транзит, ще доведе до малко отслабване на светлината на звездата. Астрономите могат да измерят дълбочината на затъмнението, за да изчислят радиуса на екзопланетата. Екзопланетите също така предизвикват леко движение на своите звезди, тъй като двете се движат около общ център на масите, което може да се открие чрез промени в дължината на вълната на светлината на звездата, а радиалната скорост, може да се използва за изчисляване на масата на екзопланетата.

Анимация, показваща как се измерва радиалната скорост. Кредит: Alysa Obertas/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

С тези измервания може да се изчисли плътността на екзопланетата и по този начин да се определи как е изградена тя. Ниската плътност, като тази на Юпитер, предполага огромна атмосфера с ниска плътност - газов гигант. По-високата плътност, като тази на Земята, предполага скалист състав. Обикновено първите имат по-големи радиуси, а вторите - по-малки.

Според Бай и колегите му това може да се използва за откриване на потенциални екзопланети от тъмна материя. Една екзопланета от тъмна материя може да има различни свойства от очакваните от обикновените екзопланети по начин, който противоречи на сегашното ни разбиране за формирането на планетите. Например може да се получи екзопланета с плътност, по-голяма от тази на желязото, или такава с толкова ниска плътност, че съществуването ѝ да е невъзможно да се обясни.

Понастоящем не са идентифицирани такива отклонения.

Освен това астрономите са успели да изследват атмосферите на много екзопланети въз основа на данните от транзита. Те измерват спектъра на светлината от звездата по време на транзит и го сравняват със светлината на звездата в нормално състояние, измервайки различните дължини на вълните.

Това означава, че част от светлината е била погълната и/или излъчена отново от молекули в атмосферата на екзопланетата. Учените могат да анализират тези данни, за да определят кои са тези молекули. Ако спектърът от транзита разкрие сериозни аномалии, това може да означава наличието на екзопланета от тъмна материя.

Ако радиалната скорост подсказва, че екзопланетата би трябвало да транзитира, но след това не се наблюдава транзит, това може да е улика, насочваща към екзопланети от тъмна материя. А ако светлинната крива, има неочаквана форма, това също може да е подсказка.

"Поради малката си, но незатихваща сила на взаимодействие с частиците от Стандартния модел, екзопланетата от тъмна материя може да не е напълно непрозрачна, което прави формата на светлинната крива различима от тази на обикновена екзопланета", пишат изследователите.

Авторите са изчислили как може да изглежда тази светлинна крива, като по този начин предлагат основа за по-сложен теоретичен анализ.

Тъмни експлозии

Миналата година бе предложен друг начин за откриване на планети от тъмна материя и хипотеза за образуването им.

Авторите на идеята посочват, че планетите от тъмна материя са се формирали по-рано от почти всичко. В ранните времена Вселената все още е била плазма, а нормалната материя е била в постоянна борба с радиацията, която е възпрепятствала образуването на по-големи обекти. Но тъмната материя не взаимодейства с нормалната материя или със светлината и затова е била напълно свободна да започне да се концентрира в планети.

По-късно Вселената се охладила достатъчно, за да неутрализира плазмата и да позволи на нормалната материя да се натрупва. В крайна сметка тази материя ще се събира, за да се превърне в звезди и галактики, но междувременно част от нея може да се окаже гравитационно привлечена от планетите от тъмна материя и точно тук нещата може да станат интересни.

Изследователите установяват, че тези хипотетични планети от тъмна материя първо ще натрупат слой от хелий, тъй като това е първият елемент, който се отделя от плазменото състояние на ранната Вселена. След това се появява водород, който се натрупва в плътна атмосфера около хелия.

Изследователите установяват, че ако на планетите от тъмна материя се съберат твърде много хелий и водород, те биха могли да достигнат критични температури и плътности и да се взривят като яркостта на получената експлозия може да съперничи на свръхнова. Свръхновата G299. Кредит: NASA/CXC/U.Texas

Да се потопиш в тъмна планета би било много странно. Водородният слой ще бъде топъл, тъй като е гравитационно свързан с плътен обект, и триенето ще го накара да свети. Би могло да се премине през него и да се достигне до слоя хелий под него. И след като се премине през него, ще видите... нищо. Самото ядро на планетата от тъмна материя би било напълно невидимо, а вие бихте се оказали заобиколени от обвивка от светеща плазма.

Изследователите установяват, че ако на планетите от тъмна материя се съберат твърде много хелий и водород, те биха могли да достигнат критични температури и плътности и да претърпят ядрен синтез. Понякога това ще се изрази в обикновена светкавица или изхвърляне на материал, а понякога може напълно да взриви цялата маса от водород и хелий, като яркостта на получената експлозия може да съперничи на свръхнова.

Цялата тази активност не би засегнала планетата от тъмна материя, тъй като тъмната материя не се влияе от това, което прави нормалната материя. Но може би ще успеем да видим тези експлозии, издавайки наличието на скритата в основата им планета.

Изследователите откриват, че тези експлозии биха имали подобни енергии и честоти като рентгеновите избухвания, които са често срещано наблюдение в астрономията. Това обаче не е категорично, тъй като изследователите все пак трябва да определят дали и как тези експлозии, предизвикани от планета от тъмна материя, биха се различавали от по-познатите на астрофизиците видове. Но ако има такава разлика, може би ще успеем да използваме съществуващия обширен каталог от регистрирани рентгенови избухвания, за да определим дали тъмната материя съществува и дали тя образува планети.

Справка: Dark Exoplanets
Yang Bai, Sida Lu, Nicholas Orlofsky, https://arxiv.org/abs/2303.12129 

Източници:

Entire Planets Made of Dark Matter May Exist. Here's How We Can Find Them, ScienceAlert

Planets made of dark matter may have blown up, and we could see them, Space.com

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !