Могут ли существовать планеты, состоящие из темной материи? И, если да, то как их обнаружить?

В этой нашей Вселенной есть много выдающихся загадок, но одной из самых больших на сегодняшний день является темная материя. Мы не знаем, что это такое, и не можем сказать, как она выглядит и из чего состоит. Единственное, что известно наверняка, это то, что гравитация во Вселенной серьезно превышает количество барионной материи, необходимой для столь сильного искажения пространства-времени.

Даже если учесть каждую галактику, каждую звезду и каждое облако пыли, бесшумно дрейфующее между звездами, гравитация по-прежнему намного выше, чем должна быть. Мы не знаем, что за это ответственно, и потому этот загадочный источник условно был назван «темной материей», над загадкой которой ученые бьются не первый год.

В широком смысле кандидатов на звание темной материи можно разделить на две категории: отдельные частицы и составные части, включая макроскопические капли темной материи или макросы, которые могут иметь массу планетарного масштаба. И, как объясняют Бай и его коллеги, «макроскопическое состояние темной материи с массой и/или радиусом, подобными таковым у планеты, будет вести себя как темная экзопланета, если оно ограничено звездной системой, — даже если физика, лежащая в основе объекта, будет кардинально отличаться от привычной нам».

Современные методы обнаружения экзопланет в настоящее время в значительной степени основаны на влиянии этого тела на свет своей родительской звезды. Мы также можем использовать эту информацию для измерения свойств экзопланеты.

Экзопланета, проходящая между нами и своей звездой (явление, известное как «транзит»), вызывает легкое затемнение звезды — как если бы между вами и яркой лампой пролетела муха. Астрономы могут измерить глубину затемнения, чтобы рассчитать радиус экзопланеты. Экзопланеты также заставляют свои звезды слегка смещаться, поскольку они движутся вокруг общего центра тяжести, что можно обнаружить по изменениям длины волны света звезды. Количество движения, называемое радиальной скоростью, можно использовать для расчета массы экзопланеты.

Имея в руках эти измерения, мы также можем вычислить плотность экзопланеты и, таким образом, примерно определить, как она устроена. Низкая плотность, как у Юпитера, подразумевает огромную разреженную атмосферу, газовый гигант. Более высокая плотность, как у Земли, подразумевает каменистый состав. Как правило, первые имеют больший радиус, а вторые — меньший.

По словам Бая и его коллег, это можно использовать для обнаружения потенциальных экзопланет из темной материи. Такая планета может обладать свойствами, отличными от тех, что мы ожидаем для «обычных» экзопланет, а значит она будет противоречить нашему нынешнему пониманию системы формирования планет в целом. Например, вы можете получить экзопланету с большей плотностью, чем железо, или с настолько низкой плотностью, что ее существование невозможно объяснить современными законами физики.

Кроме того, астрономы смогли исследовать атмосферы экзопланет на основе данных о транзитах. Они измеряют спектр света звезды во время прохождения и сравнивают его со светом звезды в обычном режиме, ища более тусклые и более яркие длины волн. Их наличие означает, что некоторое количество света было поглощено и/или переизлучено молекулами в атмосфере экзопланеты; ученые могут анализировать эти данные, чтобы определить, какие именно молекулы соответствуют подобным параметрам. Если транзитный спектр обнаружит серьезные аномалии, это может указывать на присутствие экзопланеты из темной материи.

Если радиальная скорость предполагает, что экзопланета должна пролететь мимо телескопа, но по факту никакого прохождения не наблюдается, это тоже может быть подсказкой, указывающей на экзопланеты из темной материи. И если транзитный «провал», известный как кривая блеска, имеет неожиданную форму, то это тоже повод насторожиться. Бай и его коллеги рассчитали, как может выглядеть эта кривая блеска, заложив простую основу для более сложного теоретического анализа.

«Из-за своей крошечной, но не нулевой силы взаимодействия с частицами Стандартной модели экзопланета темной материи может быть не полностью непрозрачной, что делает форму кривой блеска отличимой от кривой обычной экзопланеты», — отмечают исследователи.