Американские космологи из университета Тафтса предложили новый способ обнаружения тёмной материи. Её распадающиеся частицы, которые гравитация собирает поблизости от ядер экзопланет, должны при распаде разогревать эти планеты, делая их в среднем теплее, чем можно было ожидать. Работа опубликована на сайте препринтов arXiv.org.

Хотя существование тёмной материи мало кто из космологов подвергает сомнению, непосредственно обнаружить частицы, из которых она должна состоять, учёным пока не удалось. Часть трудностей связана с тем, что она не взаимодействует со светом напрямую, а оказывает лишь гравитационное воздействие на свет и видимую материю.

В новом подходе учёные приняли гипотезу, по которой тёмная материя состоит из слабовзаимодействующих массивных частиц, или вимпов (Weakly Interacting Massive Particles, WIMPs). Такие частицы должны быть массивнее электронов и протонов, и распадаться на более лёгкие. Напрямую наблюдать их будет сложно, зато можно измерить их воздействие на экзопланеты.

Предсказания степени нагрева планет для разных моделей тёмной материи

Экзопланеты при помощи гравитации должны собирать вимпы в районе своего ядра. При распаде вимпы должны выделять энергию, разогревая экзопланету, которая в их отсутствие была бы холоднее. Поэтому, если обнаружится, что температура экзопланет в среднем выше ожидаемой, это будет признаком наличия в них тёмной материи.

Отличными кандидатами на такие экзопланеты будут гигантские планеты, размером больше нашего Юпитера. Благодаря большой массе они будут собирать больше вимпов, при этом учёные хорошо понимают, какой должна быть их средняя температура. Они состоят по большей части из водорода и гелия, поэтому тепло своё генерируют в основном за счёт гравитационного сжатия. Они недостаточно большие для запуска ядерного синтеза, поэтому, если окажется, что они теплее, чем ожидалось, это будет означать, что в их недрах идёт некий радиоактивный распад.

Согласно расчётной модели команды, подобные эффекты должны суметь обнаружить уже телескопы следующего поколения – такие, как космический телескоп имени Джеймса Уэбба. Степень лишнего нагрева позволит построить карту распределения тёмной материи в нашей Галактике, после чего можно будет начать отсев моделей тёмной материи.

Если же телескопы не обнаружат лишнего нагрева, это тоже будет интересно. Тогда получится, что либо тёмная материя не разогревает экзопланеты, либо она состоит из чего-то ещё более странного, чем вимпы. Но ндинственный способ разгадать эту загадку – продолжать сбор данных.