Далекие планеты помогут найти неуловимую темную материю

04.11.2020 18:05

Далекие планеты помогут найти неуловимую темную материю

Эта неуловимая форма материи - один из самых неприятных и загадочных аспектов современной астрономии. Считается, что на его долю приходится 80% всей материи во Вселенной, он полностью невидим, его можно обнаружить только благодаря небольшому гравитационному притяжению к окружающей среде.

Но в некоторых ситуациях он может оседать в ядре массивного объекта, выделяя энергию в виде тепла. Теперь пара астрономов выступает за новую дерзкую исследовательскую программу: превратить наш расширяющийся поиск жизни за пределами Земли в охоту за темной материей.

Мы очень мало знаем о темной материи, кроме того, что она существует. В 1970-х годах астроном Вера Рубин заметила нечто забавное в том, как вращаются галактики. Рубин обнаружила, что звезды вращаются вокруг своих галактик слишком быстро, учитывая, сколько видимой материи было, если сложить гравитационное притяжение всего, что мы видим в галактике, тогда при наблюдаемых скоростях вращения галактики, на которые она наставила свой телескоп, должны разорваться на части.

За десятилетия, прошедшие после открытия Рубин, накопилось еще больше загадок. Газ внутри скоплений галактик слишком горячий. Галактики движутся слишком быстро. Учитывая возраст Вселенной, во Вселенной слишком много крупномасштабных структур. Остаточное излучение ранней Вселенной слишком неровно, чтобы его можно было объяснить только нормальной материей. Свет от далеких галактик слишком сильно изгибается при прохождении вблизи массивных скоплений галактик.

Список можно продолжить, но один ответ поднялся на первый план: чтобы объяснить все эти наблюдения, вселенная должна иметь какой-то скрытый ингредиент. Это форма материи (потому что она, очевидно, может слипаться и обладает гравитацией ), но она никак не взаимодействует со светом или обычной материей. Это темная материя.

Основываясь на компьютерном моделировании гигантских скоплений галактик, чем бы ни была темная материя, мы ожидаем, что она будет более плотно сгруппирована по направлению к центрам галактик и, как правило, истончается по мере удаления от этих центров. И именно эти различия в плотности темной материи по всей галактике могут помочь астрономам идентифицировать это загадочное вещество.

Если бы только у нас были большие детекторы темной материи, разбросанные по галактике.

По словам пары исследователей в статье, опубликованной в октябре в препринте журнала arXiv , детекторы темной материи действительно разбросаны по галактике Млечный Путь. И мы уже находим тысячи из них, вращающихся вокруг далеких солнц каждый год. Это экзопланеты, которые мы обнаруживаем с помощью космического телескопа Кеплера и транзитного спутника исследования экзопланет (TESS).

Действительно, тысячи подтвержденных экзопланет, известных до сих пор, представляют собой лишь крошечный процент всех возможных планет. Для одного только Млечного Пути оценки истинного числа экзопланет варьируются от 300 миллиардов до триллиона.

Вот при чем тут темная материя. Темная материя - насколько мы можем судить - почти никогда не взаимодействует с нормальной материей или даже сама с собой. Когда она действительно взаимодействует, она делает это посредством взаимодействия с участием слабого ядерного взаимодействия, что невероятно слабо. Почти каждый раз, когда происходит столкновение, частица темной материи и частица нормальной материи просто скользят друг мимо друга.

Но редко, изредка, темная материя и обычная материя взаимодействуют, позволяя частице темной материи передавать часть своей энергии нормальной частице материи, замедляя при этом частицу темной материи. Эти взаимодействия особенно распространены, когда происходят две вещи: есть большая плотная концентрация нормальной материи, которая действует как гравитационная ловушка для темной материи, и много темной материи просто плавает вокруг.

Этим двум критериям могут соответствовать экзопланеты вблизи центра Млечного Пути. Плотность темной материи в этих окрестностях намного выше, чем вокруг Солнечной системы, и большие планеты (скажем, размером с Юпитер и выше) могут собирать частицы темной материи в своих ядрах. Они будут делать это за счет своей гравитации: в средах с высокой плотностью обычная материя может притягивать к ним темную материю, притягивая ее к их центрам.

Эти взаимодействия не только замедлят темную материю, но и нагреют планету. А иногда частицы темной материи могут время от времени взаимодействовать друг с другом, уничтожая друг друга в короткой вспышке энергии. Эта энергия была бы слишком слабой, чтобы увидеть ее напрямую, но в течение миллиардов лет устойчивые вспышки от бесчисленных взаимодействий могли бы стать дополнительным источником тепла для планеты.

Конечный результат, согласно исследованию: планеты, расположенные ближе к центру галактики, могут испытывать значительный нагрев от темной материи, в результате чего их температура может повыситься на тысячи градусов.

Чтобы проверить это, нам нужно измерить температуру множества экзопланет. К счастью, именно для этого и предназначены такие миссии, как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), который должен достичь космоса в октябре 2021 года.

Исследователи отметили, что JWST обладает достаточной чувствительностью (как при регистрации температуры экзопланет, так и при поиске достаточно близко к их галактическому центру), что, если этот эффект темной материи реален, мы сможем увидеть отчетливое и заметное потепление планеты тем ближе они к центру Галактики. Если они окажутся удачными, это будет первое негравитационное обнаружение темной материи в истории.

И в процессе поиска всех этих экзопланет мы можем просто обнаружить жизнь в другом мире, что было бы приятным бонусом.

Напомним, ранее сообщалось, что астрономы смоделировали темную материю на компьютере.

Источник

Редакция: | Карта сайта: XML | HTML | SM
2013-2020 © "МехКорпс — роботы и киборги". Все права защищены.