Экзопланеты как лаборатории тёмной материи: возможно ли рождение чёрных дыр внутри газовых гигантов

За пределами Солнечной системы астрономы уже открыли более 5000 экзопланет, что даёт возможность изучать не только процессы формирования миров, но и использовать их в качестве своеобразных «детекторов» для поиска ответов на фундаментальные вопросы физики. Одним из таких вопросов остаётся природа тёмной материи, составляющей около 85% всей материи Вселенной, но никогда не обнаруженной напрямую в лабораторных экспериментах.

Новая работа учёных из Калифорнийского университета в Риверсайде, опубликованная в Physical Review D, предлагает необычную гипотезу: в ядрах газовых гигантов, подобных Юпитеру, частицы тёмной материи могут постепенно накапливаться, терять энергию и оседать в центр планеты. Если тёмная материя состоит из сверхтяжёлых неаннигилирующих частиц, то в определённых условиях она способна коллапсировать, образуя миниатюрную чёрную дыру. Эта чёрная дыра затем может увеличиваться в размерах, поглощая вещество планеты, пока её масса не станет равной массе исходного газового гиганта.

Такой сценарий означает, что в галактике могут существовать чёрные дыры с планетарной массой — объекты, которые до сих пор не наблюдались. Современные теории предсказывают чёрные дыры минимум со stellarной массой, то есть больше массы Солнца. Обнаружение чёрной дыры размером с планету стало бы настоящей сенсацией и могло бы объяснить происхождение части «аномальных» чёрных дыр, не связанных с коллапсом звёзд.

Важным следствием этой гипотезы является то, что экзопланеты становятся новым инструментом в астрофизике. Их можно использовать для проверки моделей тёмной материи. Если экзопланета, находящаяся в области с высокой плотностью тёмной материи (например, вблизи центра Млечного Пути), демонстрирует необычные свойства — повышенную температуру, излучение или вовсе исчезновение с орбиты, — это может указывать на процессы, связанные с накоплением тёмной материи в её недрах.

Учёные отмечают, что ранее подобные исследования проводились в отношении звёзд — нейтронных звёзд, белых карликов и даже Солнца, так как они могут служить индикаторами присутствия тёмной материи. Например, некоторые модели предсказывают, что частицы тёмной материи должны нагревать старые нейтронные звёзды, препятствуя их охлаждению. Однако теперь в поле зрения попадают и экзопланеты: с ростом числа открытий, а также благодаря будущим миссиям космических телескопов, планеты вне Солнечной системы могут предоставить богатый материал для проверки альтернативных космологических моделей.

Если удастся зафиксировать существование чёрных дыр планетарной массы, это станет серьёзным подтверждением теории сверхтяжёлой неаннигилирующей тёмной материи. Даже отсутствие подобных объектов даст важную информацию, позволяя сузить пространство возможных моделей. Кроме того, накопление тёмной материи внутри планет может приводить к другим эффектам: нагреву внутренних слоёв, аномальному излучению, изменению орбитальной динамики. Современные приборы пока не способны уловить такие тонкие сигналы, но перспективные телескопы следующего поколения могут открыть доступ к этим наблюдениям.

Таким образом, газовые гиганты, разбросанные по всей Галактике, становятся естественными лабораториями для экспериментов, которые невозможно провести на Земле. Их ядра могут хранить ответы на вопрос о том, из чего состоит большая часть Вселенной. Астрономы рассматривают экзопланеты не только как потенциальные дома для жизни, но и как ключ к разгадке тайны тёмной материи, которая остаётся одной из главных загадок современной физики и космологии.