6 Minute
Materia întunecată super-greă și colapsul planetar
Materia întunecată constituie aproximativ 85% din masa materiilor din Univers, însă compoziția sa rămâne una dintre cele mai mari mistere ale astrofizicii moderne. Un nou studiu teoretic sugerează o cale pentru a dezvălui natura materiei întunecate: în anumite condiții, particule de materie întunecată super-greă care nu se anihilează ar putea să se acumuleze în interiorul exoplanetelor gazoase gigant, să se concentreze în jurul nucleelor lor și, în cele din urmă, să colapseze în găuri negre minuscule. Dacă s-ar confirma observațional, existența găurilor negre de masă planetară ar oferi dovezi puternice pentru un component de materie întunecată cu masă mare și fără anihilare.
Scenariul se bazează pe un candidat specific pentru materie întunecată, adesea numit materie întunecată super-greă non-anihilantă. Spre deosebire de multe modele de particule în care particulele de materie întunecată sunt propriile lor antiparticule și se anihilează la contact, această clasă de particule ar supraviețui interacțiunilor pe termen lung și s-ar strânge treptat în colecții suficient de masive în interiorul planetelor. Potrivit cercetătorilor de la UC Riverside care au propus ideea, aceste nuclee dense de materie întunecată ar putea atinge un prag la care colapsul gravitațional formează o gaură neagră cu masa planetei originale.
Mecanism: captare, scufundare, concentrare și colaps
Cum este captată materia întunecată de planete
Exoplanetele gigant oferă puțuri gravitaționale adânci și învelișuri gazoase groase care le fac eficiente la captarea particulelor de materie întunecată care trec prin ele. Pe măsură ce materia întunecată traversează o planetă, împrăștierile rare cu materia obișnuită pot elimina suficientă energie cinetică pentru ca particula să devină legată gravitațional. De-a lungul milioanelor până la miliardelor de ani, particulele capturate pierd energie prin interacțiuni ulterioare și migrează către nucleul planetar, unde densitățile în creștere le concentrează.
De la acumulare la formarea unei găuri negre
Dacă particulele de materie întunecată sunt suficient de masive și nu se anihilează, concentrarea lor centrală poate crește fără limită. Odată ce nucleul auto-gravitațional de materie întunecată atinge o densitate sau o masă critică, acesta poate colapsa sub propria gravitație și poate forma o micro gaură neagră. Într-un gigant gazos, acea gaură neagră ar putea apoi să acrească materialul înconjurător și, posibil, să crească până la a consuma întreaga planetă, rezultând o gaură neagră cu aceeași masă ca fosta planetă. Cercetătorii subliniază că această cale este specifică modelului de materie întunecată super-greă, non-anihilantă.
Semnale observaționale și strategii de căutare
Detectarea unei găuri negre de masă planetară este extrem de dificilă cu tehnologia actuală. Pentru referință, o gaură neagră cu masa lui Jupiter ar avea un orizont de evenimente de aproximativ 5,6 metri în diametru, mult prea mic pentru a fi imaginat direct la distanțe interstelare. Totuși, mai multe strategii indirecte ar putea dezvălui prezența lor:
- Microlensing gravitațional: O gaură neagră de masă planetară care trece între Pământ și o stea de fundal ar produce o amplificare caracteristică a luminii și o formă a curbei de lumină similară cu cea a unei planete obişnuite, dar fără emisia electromagnetică pe care am aștepta să o vedem de la o lume gazoasă.
- Dinamica orbitală și anomalii în tranzit: Lipsa unui semnal în infraroșu sau optic acolo unde un obiect masiv este dedus din influența sa gravitațională ar putea sugera că corpul nu emite radiație termică, ceea ce ar fi compatibil cu o gaură neagră, nu cu un gigant gazos.
- Sondaje ale populațiilor de obiecte compacte: Dacă sondajele descoperă o populație neașteptată de obiecte compacte izolate, de masă planetară, concentrate în regiuni cu densitate mare de materie întunecată, cum ar fi centrul Galactic, asta ar favoriza scenarii de formare induse de materie întunecată.
Autorii sugerează prioritizarea sondajelor de exoplanete și a campaniilor de microlensing în regiuni bogate în materie întunecată pentru a maximiza șansa detectării acestor evenimente rare.
Provocări tehnologice și teoretice
Instrumentele curente nu sunt optimizate pentru a distinge, în majoritatea cazurilor, o gaură neagră rece și compactă de o planetă întunecată, neradiațională. Sondaje de microlensing cu cadentă mai mare, cercetări în infraroșu mai adânci și monitorizare astrometrică îmbunătățită ar putea crește sensibilitatea la obiecte compacte de masă planetară. Pe partea teoretică, modelarea modului în care o gaură neagră incipientă ar acrea în interiorul diferitelor structuri planetare rămâne o zonă activă pentru simulări.
Perspectiva experților
Dr. Lina Ortega, astrofiziciană specializată în detecția obiectelor compacte, comentează: "Ideea că materia întunecată ar putea iniția formarea de găuri negre în interiorul gigantelor gazoase este provocatoare și testabilă. Leagă fizica particulelor direct de populații astrofizice observabile. Deși obstacolele observaționale sunt semnificative, viitoarele misiuni de microlensing și o astrometrie mai precisă ne vor permite să punem limite asupra acestui model în următorul deceniu."
Prof. Mehrdad Phoroutan-Mehr și colega Tara Fetherolf de la UC Riverside notează că cataloagele de exoplanete, în special cele concentrate pe centrul Galactic și alte medii cu densitate mare de materie întunecată, ar putea oferi puterea statistică necesară pentru a testa aceste predicții. Ei susțin că și rezultatele negative vor oferi constrângeri semnificative asupra proprietăților materiei întunecate.
Concluzie
Propunerea conform căreia materia întunecată super-greă, non-anihilantă, ar putea transforma exoplanetele gigantice în găuri negre de masă planetară oferă o cale astrofizică concretă pentru a investiga fizica materiei întunecate. Deși detectarea este din punct de vedere tehnic exigentă, sondajele țintite — în special campaniile de microlensing și monitorizarea astrometrică precisă în regiuni bogate în materie întunecată — ar putea dezvălui semnale sugestive. Fie prin descoperire, fie prin constrângere, observațiile exoplanetare promit să ne clarifice înțelegerea materiei întunecate și rolul ei în conturarea populațiilor de obiecte compacte din întreaga Galaxie.
Sursa: journals.aps
Comentarii