5 Minutės
Supermasinė tamsioji materija ir planetų žlugimas
Tamsioji materija sudaro maždaug 85 procentus Visatos masės, tačiau jos sudėtis išlieka viena iš šiuolaikinės astrofizikos didžiausių paslapčių. Naujas teorinis tyrimas siūlo vieną kelią, kaip atskleisti tamsiosios materijos prigimtį: tam tikromis sąlygomis supersunkios, neanihiliuojančios tamsiosios materijos dalelės galėtų kauptis didžiųjų dujinių egzoplanetų viduje, koncentruotis prie jų branduolių ir galiausiai sugriūti į smulkias juodąsias skyles. Jei tai būtų patvirtinta stebėjimais, planetos masės juodųjų skylių egzistavimas būtų stiprus įrodymas apie neanihiliuojančią, didelės masės tamsiosios materijos komponentą.
Scenarijus remiasi konkrečiu tamsiosios materijos kandidatu, dažnai vadinamu supersunkia neanihiliuojančia tamsiąja materija. Skirtingai nuo daugelio dalelių modelių, kuriuose tamsiosios materijos dalelės yra savo antidalelės ir susinaikina susidūrusios, ši dalelių klasė išliktų ilgalaikiuose sąveikavimuose ir pamažu nusistovėtų į pakankamai masyvius telkinius planetų viduje. Pasak UC Riverside tyrėjų, pasiūliusių idėją, tokie tankūs tamsiosios materijos branduoliai gali pasiekti ribą, po kurios gravitacinis žlugimas formuotų juodąją skylę su pradine planetos mase.
Mechanizmas: sugavimas, grimzdimas, koncentracija ir žlugimas
Kaip planetos fiksuoja tamsiąją materiją
Didžiosios egzoplanetos turi platų, gilų gravitacinį lauką ir storus dujinius apvalkalus, todėl jos efektyviai sugaudo pro jas einančias tamsiosios materijos daleles. Tamsiajai materijai kertant planetą, retkarčiais vykstantys atsitiktiniai sklaidos įvykiai su įprasta materija gali pašalinti pakankamai kinetinės energijos, kad dalelė taptų gravitaciškai surišta. Per milijonus ar milijardus metų užfiksuotos dalelės praranda energiją per tolesnes sąveikas ir migruoja link planetos branduolio, kur augantis tankis jas koncentruoja.
Nuo kaupimosi iki juodosios skylės susiformavimo
Jei tamsiosios materijos dalelės yra pakankamai masyvios ir nesinaikina, jų centrinė koncentracija gali augti be apribojimų. Kai savaiminės gravitacijos turintis tamsiosios materijos branduolys pasiekia kritinį tankį ar masę, jis gali sugriūti dėl savo gravitacijos ir suformuoti mikro juodąją skylę. Dujiniame milžine ta juodoji skylė galėtų akrecijuoti aplink esančią medžiagą ir galbūt išaugti taip, kad prarytų visą planetą, rezultatuodama juodąja skyle, kurios masė sutampa su buvusios planetos mase. Tyrėjai pabrėžia, kad ši kelias būdingas būtent supersunkios, neanihiliuojančios tamsiosios materijos modeliui.
Stebėjimo požymiai ir paieškos strategijos
Aptikti planetos masės juodąją skylę dabartine technologija yra išskirtinai sudėtinga. Dėl masto, juodoji skylė Jupiterio masės turėtų turėti įvykių horizontą maždaug 5,6 metrų pločio — per mažą, kad būtų tiesiogiai įamžinta tarpžvaigždiniais atstumais. Tačiau keletas netiesioginių strategijų galėtų atskleisti jų buvimą:
- Gravitacinis mikrolęšinis: Planetos masės juodoji skylė, praeidama tarp Žemės ir fono žvaigždės, sukeltų charakteringą šviesos sustiprinimą ir švieskurvo formą panašią į įprastą planetą, bet be elektromagnetinio spinduliavimo, kurio tikėtumėtės iš dujinio kūno.
- Orbitalinė dinamika ir tranzitų anomalijos: Trūkstamas infraraudonųjų ar optinių signalas ten, kur masyvus objektas nustatomas pagal jo gravitacinį poveikį, galėtų rodyti, kad kūnas neskleidžia terminės spinduliuotės — tai atitiktų juodąją skylę, o ne dujų milžinę.
- Kompaktiškų objektų populiacijų tyrimai: Jei apžvalgos aptiktų netikėtą izoliuotų, planetos masės kompaktiškų objektų populiaciją, susitelkusią srityse su dideliu tamsiosios materijos tankiu, pavyzdžiui Galaktikos centre, tai palaikytų scenarijus, kuriuose formavimąsi skatina tamsioji materija.
Autoriai siūlo teikti prioritetą egzoplanetų apžvalgoms ir mikrolęšinio kampanijoms regionuose, turtinguose tamsiąja materija, kad padidėtų galimybė aptikti šiuos retus įvykius.
Technologiniai ir teoriniai iššūkiai
Dabartiniai instrumentai nėra pritaikyti atskirti šaltą, kompaktišką juodąją skylę nuo tamsios, nespinduliuojančios planetos daugeliu atvejų. Patobulinti didelio dažnio mikrolęšinio tyrimai, gilios infraraudonos apžvalgos ir geresnė astrometrinė stebėsena galėtų padidinti jautrumą planetos masės kompaktiškiems objektams. Teorinėje pusėje lieka aktyvus modeliavimas, kaip naujai susiformavusi juodoji skylė akrecijuotų skirtingose planetų struktūrose.
Ekspertų komentarai
Dr. Lina Ortega, astrofizikė, specializuojanti kompaktiškų objektų aptikime, komentuoja: „Mintis, kad tamsioji materija galėtų išauginti juodųjų skylių susiformavimą dujiniuose milžinuose, yra provokuojanti ir patikrinama. Ji tiesiogiai sieja dalelių fiziką su stebimomis astrofizinėmis populiacijomis. Nors stebėjimo kliūtys yra reikšmingos, ateinančios mikrolęšinio misijos ir tikslesnė astrometrija leis apriboti šį modelį per artimiausią dešimtmetį.“
Prof. Mehrdad Phoroutan-Mehr ir kolegė Tara Fetherolf iš UC Riverside pažymi, kad egzoplanetų katalogai, ypač tie, kuriuose akcentuojamas Galaktikos centras ir kitos sritys su dideliu tamsiosios materijos tankiu, galėtų suteikti statistinę galią reikalingą šiems prognozėms patikrinti. Jie teigia, kad netgi neigiamas rezultatas reikšmingai apribotų tamsiosios materijos savybes.
Išvados
Pasiūlymas, kad supersunkioji, neanihiliuojanti tamsioji materija galėtų paversti dideles egzoplanetas planetos dydžio juodosiomis skylėmis, suteikia konkrečią astrofizinę priemonę tamsiosios materijos fiziką tirti. Nors aptikimas techniškai reikalauja daug pastangų, tikslingos apžvalgos — ypač mikrolęšinio kampanijos ir tiksli astrometrinė stebėsena regionuose, turtinguose tamsiąja materija — gali atskleisti būdingus požymius. Nesvarbu, ar tai būtų atradimas, ar apribojimai, egzoplanetų stebėjimai žada pagilinti mūsų supratimą apie tamsiąją materiją ir jos vaidmenį formuojant kompaktiškų objektų populiacijas visoje Galaktikoje.
Šaltinis: journals.aps
Komentarai