天文學(xué)家已在太陽系外發(fā)現(xiàn)了超過5000顆圍繞恒星運(yùn)行的行星。這些遙遠(yuǎn)的行星被稱為系外行星，它們?yōu)榭茖W(xué)家提供了寶貴的機(jī)會(huì)，讓他們能夠研究行星的形成和演化，并思考宇宙中是否存在生命。

根據(jù)加州大學(xué)河濱分校發(fā)表在 《物理評(píng)論D》上的一項(xiàng)新研究，系外行星或許有助于探索宇宙中最神秘的物質(zhì)之一：暗物質(zhì)。該研究探索了暗物質(zhì)（據(jù)信約占宇宙所有物質(zhì)的85%）如何在數(shù)十億年的時(shí)間里影響與木星大小相似的大質(zhì)量行星。

該團(tuán)隊(duì)的計(jì)算表明，暗物質(zhì)粒子可能緩慢沉入行星內(nèi)部，并在其核心積聚。雖然暗物質(zhì)從未在地球上的實(shí)驗(yàn)中直接觀測(cè)到，但科學(xué)家們?nèi)匀粓?jiān)信它的存在。

“如果暗物質(zhì)粒子足夠重，并且不會(huì)湮滅，它們最終可能會(huì)坍縮成一個(gè)微型 黑洞 ，”論文第一作者、物理學(xué)和天文學(xué)系研究生邁赫達(dá)德·福魯坦-梅爾（Mehrdad Phoroutan-Mehr）說道，他與物理學(xué)和天文學(xué)系教授余海波共事。“這個(gè)黑洞可能會(huì)不斷膨脹，吞噬整個(gè)行星，使其變成一個(gè)與原行星質(zhì)量相同的黑洞。這種結(jié)果只有在超重非湮滅暗物質(zhì)模型下才有可能?！?/p>

Mehrdad Phoroutan-Mehr是加州大學(xué)河濱分校物理與天文系的研究生。圖片來源：Mehrdad Phoroutan-Mehr

根據(jù)超重非湮滅暗物質(zhì)模型，暗物質(zhì)粒子質(zhì)量極大，相互作用時(shí)不會(huì)相互毀滅。研究人員專注于該模型，以展示超重暗物質(zhì)粒子如何被系外行星捕獲、損失能量并漂移至其核心。在那里，它們積聚并坍縮成黑洞。

“在不同大小、溫度和密度的氣態(tài)系外行星中，黑洞都可能在可觀測(cè)的時(shí)間尺度上形成，甚至可能在一顆系外行星的生命周期內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)黑洞，”Phoroutan-Mehr說道。“這些結(jié)果表明，系外行星巡天可以用來尋找超重暗物質(zhì)粒子，尤其是在那些被推測(cè)富含暗物質(zhì)的區(qū)域，比如我們的銀河系中心。”

地球與行星科學(xué)系博士后研究員 Tara Fetherolf 也參與了 Phoroutan-Mehr 的研究。

到目前為止，天文學(xué)家只探測(cè)到了質(zhì)量大于太陽的黑洞。他說，大多數(shù)現(xiàn)有理論認(rèn)為黑洞的質(zhì)量至少要達(dá)到太陽的水平。

“發(fā)現(xiàn)一個(gè)質(zhì)量與行星相當(dāng)?shù)暮诙磳⑹且粋€(gè)重大突破，”他補(bǔ)充道?！八鼘⒅С治覀冋撐牡恼擖c(diǎn)，并為普遍接受的行星大小黑洞只能在早期宇宙中形成的理論提供另一種解釋。”

Phoroutan-Mehr 表示，系外行星在暗物質(zhì)研究中沒有得到廣泛應(yīng)用，主要是因?yàn)榭茖W(xué)家沒有足夠的關(guān)于它們的數(shù)據(jù)。

“但近年來，我們對(duì)系外行星的了解已大幅擴(kuò)展，即將進(jìn)行的幾項(xiàng)太空任務(wù)將提供更詳細(xì)的觀測(cè)，隨著這些數(shù)據(jù)的不斷增長(zhǎng)，系外行星可以用來測(cè)試和挑戰(zhàn)不同的暗物質(zhì)模型?！?/p>

過去科學(xué)家通過觀察太陽、中子星和白矮星等物體來研究暗物質(zhì)，因?yàn)椴煌陌滴镔|(zhì)模型會(huì)以不同的方式影響這些物體。例如，一些模型認(rèn)為暗物質(zhì)可以加熱中子星。

“因此，如果我們觀察一顆古老而寒冷的 中子星 ，它可能會(huì)排除暗物質(zhì)的某些特性，因?yàn)槔碚撋习滴镔|(zhì)預(yù)計(jì)會(huì)使它們加熱，”他說。

他補(bǔ)充說，許多系外行星（以及我們太陽系中的木星）沒有坍縮成黑洞，這可以幫助科學(xué)家排除或改進(jìn)暗物質(zhì)模型，例如超重非湮滅暗物質(zhì)模型。

“如果天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)一個(gè)行星大小的黑洞群，它將為超重非湮滅暗物質(zhì)模型提供強(qiáng)有力的證據(jù)，隨著我們繼續(xù)收集更多數(shù)據(jù)并更詳細(xì)地研究單個(gè)行星，系外行星或許能為了解暗物質(zhì)的本質(zhì)提供關(guān)鍵的見解?！?/p>

暗物質(zhì)對(duì)系外行星（也可能對(duì)我們太陽系中的行星）的另一種可能影響是，它可能會(huì)使這些行星變熱或?qū)е滤鼈儼l(fā)射高能輻射。

“目前的儀器靈敏度不夠，無法探測(cè)到這些信號(hào)，未來的望遠(yuǎn)鏡和太空任務(wù)或許能夠捕捉到它們?！?/p>

編譯自/scitechdaily