5 Minuten
Ypač sunkioji tamsioji materija ir planetų žlugimas
Tamsioji materija sudaro maždaug 85 procentus Visatos materijos pagal masę, tačiau jos sudėtis vis dar yra viena iš šiuolaikinės astrofizikos didžiausių mįslių. Naujas teorinis tyrimas siūlo vieną galimą kelią atskleisti tamsiosios materijos prigimtį: tam tikromis sąlygomis ypač sunkios, nesusinaikinančios tamsiosios materijos dalelės gali kauptis milžiniškų dujinių egzoplanetų viduje, koncentruotis prie jų branduolių ir galiausiai žlugti į smulkias juodąsias skyles. Jei tai būtų patvirtinta stebėjimais, planetų masės juodosios skylės egzistavimas būtų stiprus įrodymas apie nesunaikinamą, didelės masės tamsiosios materijos komponentą.
Scenarijus remiasi konkrečiu tamsiosios materijos kandidatu, dažnai vadinamu ypač sunkiąja nesusinaikinančia tamsiąja materija. Skirtingai nei daugelis dalelių modelių, kuriuose tamsiosios materijos dalelės yra savo antidalelės ir susinaikina kontaktuodamos, ši dalelių klasė ilgai išgyvena sąveikas ir pamažu nusėda į pakankamai masyvius kaupinius planetų viduje. UC Riverside mokslininkų, pasiūliusių idėją, teigimu, tokie tankūs tamsiosios materijos branduoliai gali pasiekti ribą, po kurios gravitacinis žlugimas suformuoja juodąją skylę su pradinės planetos mase.
Mechanizmas: pagavimas, nusileidimas, koncentracija ir žlugimas
Kaip planetos pagavo tamsiąją materiją
Didžiulės egzoplanetos turi išsiplėtusius ir gilius gravitacinius potencialus bei storus dujinius apvalkalus, todėl jos efektyviai pagauna praeinančias tamsiosios materijos daleles. Kai tamsioji materija eina per planetą, retai pasitaikančios sklaidos su įprasta materija gali atimti pakankamai kinetinės energijos, kad dalelė taptų gravitaciškai susaistyta. Per milijonus ar milijardus metų pagautos dalelės toliau netenka energijos per papildomas sąveikas ir migruoja link planetos branduolio, kur augančios tankio sąlygos jas koncentruoja.
Nuo kaupimosi iki juodosios skylės susidarymo
Jei tamsiosios materijos dalelės yra pakankamai masyvios ir nesusinaikina, jų centrinė koncentracija gali didėti be ribos. Kai save traukiantis tamsiosios materijos branduolys pasiekia kritinį tankį arba masę, jis gali žlugti savo gravitacijos jėgų įtakai ir suformuoti mikro juodąją skylę. Dujiniame milžine tokia juodoji skylė vėliau galėtų akreti aplinkinę medžiagą ir, galbūt, užaugti iki to, kad sunaikintų visą planetą, taip gaunant juodąją skylę su buvusios planetos mase. Tyrėjai pabrėžia, kad šis kelias būdingas būtent ypač sunkiems, nesusinaikinantiems tamsiosios materijos modeliams.
Stebimosios žymės ir paieškos strategijos
Rasti planetų masės juodąją skylę yra ypač sudėtinga esama technologija. Pavyzdžiui, Jupiterio masės juodosios skylės įvykio horizonto dydis būtų maždaug 5,6 metrų pločio — per mažas, kad būtų galima tiesiogiai įžiūrėti tarpžvaigždiniais atstumais. Vis dėlto keletas netiesioginių strategijų galėtų atskleisti jų egzistavimą:
- Gravitacinis mikrolęšiavimas: planetų masės juodoji skylė praeidama tarp Žemės ir fono žvaigždės sukurtų būdingą šviesos stiprinimą ir laiko kreivės formą, panašią į įprasto planetos mikrolęšiavimo signalą, bet be laukiamo elektromagnetinio spinduliavimo, kurį skleistų dujinis pasaulis.
- Orbitalinė dinamika ir tranzitų anomalijos: trūkstamas infraraudonųjų arba optinių signalas vietoje, kur masyvus objektas yra nustatomas pagal savo gravitacinį poveikį, gali reikšti, kad kūnas neišskiria šiluminio spinduliavimo — tai atitiktų juodosios skylės, o ne dujinio milžino, buvimą.
- Komaktiškų objektų populiacijos tyrimai: jei apklausos aptiktų netikėtą izoliuotų, planetų masės kompaktiškų objektų populiaciją, sutelktą regionuose su dideliu tamsiosios materijos tankiu, pavyzdžiui, Galaktikos centre, tai palankiai nuteiktų tamsiosios materijos sukeltų formavimo scenarijų atžvilgiu.
Autoriai siūlo teikti prioritetą egzoplanetų apklausoms ir mikrolęšiavimo kampanijoms regionuose, turtinguose tamsiąja materija, kad padidintų šių retų įvykių aptikimo galimybes.
Technologiniai ir teoriniai iššūkiai
Esami instrumentai nėra optimizuoti atskirti šaltą, kompaktišką juodąją skylę nuo tamsios, nespinduliuojančios planetos daugeliu atvejų. Pagerintos didelio dažnio mikrolęšiavimo apklausos, gilesnės infraraudonosios apklausos ir geresnis astrometrinis stebėjimas galėtų padidinti jautrumą planetų masės kompaktiškiems objektams. Teorinėje pusėje lieka aktyvi sritis—simuliacijos, modeliuojančios, kaip kylančioji juodoji skylė akre elementą skirtingose planetų struktūrose.
Eksperto įžvalga
Dr. Lina Ortega, astrofizikė, specializuojanti kompaktiškų objektų aptikime, komentuoja: "Mintis, kad tamsioji materija galėtų susėti juodosios skylės formavimąsi dujiniuose milžinuose, yra provokuojanti ir patikrinta stebimais metodais. Ji tiesiogiai sieja dalelių fiziką su stebimomis astrofizinėmis populiacijomis. Nors stebėjimo kliūtys yra reikšmingos, artėjančios mikrolęšiavimo misijos ir tikslesnė astrometrija leis mums per artimiausią dešimtmetį apriboti šį modelį."
Prof. Mehrdad Phoroutan-Mehr ir kolegė Tara Fetherolf iš UC Riverside pažymi, kad egzoplanetų katalogai, ypač tie, kurie orientuoti į Galaktikos centrą ir kitas aplinkas su dideliu tamsiosios materijos tankiu, galėtų suteikti statistinį svertą šiems prognozėms patikrinti. Jie teigia, kad net ir neigiamas rezultatas reikšmingai apribotų tamsiosios materijos savybes.
Išvada
Pasiūlymas, kad ypač sunki, nesusinaikinanti tamsioji materija galėtų paversti milžiniškas egzoplanetas planetų masės juodosiomis skylėmis, suteikia konkretų astrofizinį kelią tamsiosios materijos fizikai tirti. Nors aptikimas techniškai reikalauja daug pastangų, tikslingos apklausos—ypač mikrolęšiavimo kampanijos ir tikslus astrometrinis stebėjimas tamsiosios materijos turtinguose regionuose—galėtų atskleisti būdingas žymes. Ar tai bus atradimas, ar restrikcija, egzoplanetų stebėjimai žada pagilinti mūsų supratimą apie tamsiąją materiją ir jos vaidmenį formuojant kompaktiškų objektų populiacijas visoje Galaktikoje.
Quelle: journals.aps
Kommentare