Астрономы придумали необычный способ поиска темной материи

Американские астрофизики предложили использовать экзопланеты для обнаружения темной материи и выяснения особенностей ее распределения в нашей Галактике. Они высказали предположение, что темная материя повышает температуру экзопланет, а этот параметр сможет измерять космический инфракрасный телескоп Джеймса Уэбба НАСА, запуск которого запланирован на октябрь этого года. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

Модель распределения вещества во Вселенной предполагает, что галактики находятся внутри сферических ореолов темной материи, плотность которой возрастает по мере приближения к центру. Если бы его не было, звезды из быстро вращающихся галактик просто разлетались в космическое пространство. Состав и природа темной материи на настоящий момент неизвестны, и ученые пытаются придумать способы для ее идентификации.

Астрофизики Ребекка Лин (Rebecca Leane) из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Стэнфордского университета и Юрий Смирнов из Университета штата Огайо считают, что в качестве детекторов темного вещества можно использовать экзопланеты. По мнению ученых, когда гравитация экзопланет захватывает частицы темного вещества, они опускаются в ядра планет, где аннигилируют с выделением тепла, что приводит к повышению температуры планет. И этот нагрев, считают авторы, можно будет измерить с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба.

Но для этого подойдут не любые планеты, а только крупные экзопланеты из класса "суперюпитеров" или субзвездные объекты типа коричневых карликов, масса которых в десятки раз больше Юпитера и в которых уже завершились термоядерные реакции. Одним из преимуществ использования таких объектов в качестве детекторов темной материи является то, что у них нет ядерного синтеза, как у звезд, поэтому они выделяют меньше фонового тепла, которое затрудняет обнаружение сигнала темной материи.

Также в качестве кандидатов исследователи предлагают далекие экзопланеты-изгои, которые не вращаются вокруг материнских звезд. Отсутствие излучения звезды уменьшает помехи, которые скрывают сигнал от темной материи.

Поскольку ожидается, что в ближайшие пять лет будут обнаружены десятки тысяч подходящих экзопланет, исследователи надеются, что предложенный ими метод позволит подтвердить или опровергнуть наличие внутри Галактики частиц темного вещества с массой больше, чем у электрона.

"Мы считаем, что должно быть около 300 миллиардов экзопланет, ожидающих своего открытия. Даже обнаружение и изучение небольшого количества из них может дать нам много информации о темной материи, о которую мы сейчас ничего не знаем", — приводятся в пресс-релизе Университета штата Огайо слова Юрия Смирнова, научного сотрудника Центра космологии и физики астрономических частиц университета.

"Если у экзопланет есть аномальный нагрев, связанный с темным веществом, мы сможем его уловить", — добавляет ученый.

А если плотность темной материи действительно увеличивается к центру нашей Галактики, как предсказывает теория, то чем ближе находятся планеты к центру Млечного Пути, тем сильнее должна повышаться их температура.

"Если бы мы нашли что-то подобное, это было бы потрясающе. Ясно, что мы нашли бы темную материю", — говорит Смирнов.

На данный момент астрономы идентифицировали более 4300 экзопланет, еще 5695 кандидатов находятся в стадии подтверждения. Ожидается, что космическая обсерватория Европейского космического агентства Gaia в ближайшие несколько лет определит еще несколько десятков тысяч кандидатов в экзопланеты.