Ciemna materia jest jedną z największych zagadek Wszechświata. Nie wiemy, czym jest. Nie wiemy, jak wygląda ani z czego się składa. O ciemnej materii wiadomo jedynie tyle, że stanowi źródło siły grawitacyjnej i że grawitacja na nią oddziałuje. Oraz że jest jej około pięć razy większej niż „zwykłej” materii, z jaką mamy do czynienia na co dzień.
Ciemna materia – co to jest?
Po raz pierwszy na trop ciemnej materii naukowcy padli prawie sto lat temu. Szwajcarski astronom i astrofizyk Fritz Zwicky w latach 30. poprzedniego wieku badał gromadę galaktyk w gwiazdozbiorze Warkocza Bereniki. Oszacował łączną masę składników gromady i ich prędkość poruszania się.
Dane się nie zgadzały. Ruch galaktyk wskazywał, że ich masa jest znacznie większa, niż wynikało z obliczeń uzyskanych na podstawie obserwacji ich światła.
Wynik podważał istniejące status quo. Sprawiło to, że obliczenia Zwicky’ego wielu uznało za błędne. Faktycznie później okazało się, że uczony przeszacował ilość „brakującej” niewidocznej masy. Jednak nie pomylił się, twierdząc, że masa galaktyk szacowana dzięki mierzeniu ich jasności była zaniżona.
Kilkadziesiąt lat później astronomka Vera Rubin mierzyła tempo obracania się galaktyk spiralnych. Okazało się, że gwiazdy w takich galaktykach poruszają się o wiele szybciej, niż powinny. Szczególnie dotyczyło to gwiazd w zewnętrznych rejonach galaktyki. Ich prędkość była tak duża, że mogłyby w ogóle uciekać z galaktyk. Coś jednak trzymało je na miejscu.
Planety z ciemnej materii?
To coś nie emituje żadnego światła i dlatego zostało ogólnie nazwane ciemną materią. Większość naukowców jest przekonana, że tworzą ją pewne nieznane nauce cząstki. Nigdy jeszcze nie udało się ich wykryć. Ani w urządzeniach badawczych na Ziemi, ani poza nią.
Generalnie teorie opisujące ciemną materię dzielą ją na różne rodzaje. Według najpopularniejszych hipotez składa się ona z pojedynczych cząstek – tzw. WIMPów (ang. Weakly Interactive Massive Particles). Jednak istnieją również bardziej egzotyczne pomysły. Jeden zakłada, że ciemna materia może występować w postaci tzw. makr (ang. macros). Byłoby to makroskopowe obiekty, które mogłyby mieć nawet masę zbliżoną do planet.
Czy da się wykryć planety z ciemnej materii?
Tą hipotetyczną makroskopową ciemną materią zajął się astrofizyk Yang Bai z Uniwersytetu Wisconsin-Madison wraz z dwoma badaczami. Na serwisie preprintów naukowych arXiv.org ukazała się właśnie ich praca o nowej kategorii planet.
„Według obowiązujących teorii, wszystkie egzoplanety składają się ze zwykłej materii” – piszą autorzy artykułu. „Proponujemy rozważenie nieszablonowej możliwości, że niektóre planety mogą składać się z ciemnej materii. Nazywamy je ciemnymi egzoplanetami”.
Takimi obiektami byłyby właśnie makra. „Makroskopowe stany ciemnej materii, o masie i/lub promieniu takich, jak mają planety, w układach gwiezdnych zachowywałoby się jak egzoplanety” – uważają badacze. I to nawet wtedy, gdyby rządziły nimi nieznane jeszcze prawa fizyki.
Jak wykryć planetę z ciemnej materii
A gdyby zachowywały się jak planety, można by je wykryć. Jak? Zdaniem badaczy o istnieniu ciemnych egzoplanet świadczyłoby różnego rodzaju dające się zmierzyć anomalie. Np. takie globy mogłyby wydawać się ultragęste (gęstsze niż gdyby składały się z żelaza). Albo przeciwnie – niezwykle rzadkie.
Światło gwiazdy po przejściu przez ich atmosferę miałoby nietypowe spektrum. Podobnie jak krzywa blasku – czyli krzywa pokazująca zmiany jasności gwiazdy, gdy wokół niej krąży planeta.
„Z powodu niezwykle słabego, ale jednak istniejącego oddziaływania z cząstkami Modelu Standardowego, ciemne planety mogłyby nie być całkowicie matowe” – piszą autorzy. „A zatem w ich przypadku krzywa blasku byłaby nieco inna niż dla zwyczajnych egzoplanet”.
Naukowcy zaproponowali, jak taka krzywa mogłaby wyglądać. W swoim artykule napisali również, że w pewnych warunkach ciemne egzoplanety o dużych promieniach (wynoszących 10 proc. promienia gwiazdy) mogłyby zostać wykryte z pomocą obecnie istniejących teleskopów. Warto dodać, że niedawno inni naukowcy ogłosili, iż odkryli tzw. ciemną galaktykę karłowatą, która składa się prawie wyłącznie z ciemnej materii.
Źródła: Science Alert, arXiv.org.
