Materia întunecată este un mare mister – din ce ar putea fi alcătuită? Poate din particule încă nedescoperite. Dacă este așa, atunci aceste noi particule ar putea avea ca efect încălzirea exoplanetelor – adică planetele din afară sistemului nostru solar, efect ce ar putea fi observat cu noile telescoape care vor studia exoplanetele.

Materia întunecată

Dacă studiem modul în care se mișcă stelele în galaxii, ținând cont că mișcarea acestora este datorată atracției gravitaționale, se ajunge la concluzia că materia pe care o vedem nu poate explica atracția gravitațională, mai ales în cazul stelelor situate în periferia galaxiilor. Trebuie să existe o nouă materie – denumită materia întunecată – care contribuie în mod important la această atracție gravitațională. Din ce anume ar fi compusă această materie? Se bănuiește că la baza acesteia sunt particule care încă nu au fost descoperite; noi particule deci care nu fac parte din așa-numitul Model Standard al fizicii particulelor elementare. Aceste particule sunt căutate intens la acceleratoare și în laboratoarele subterane, însă până la oră actuală fără rezultat. S-ar putea ca masa acestor particule noi să fie mai mare decât ne-am imaginat (sau mai mică) și acestea să interacționeze mult mai slab (sau chiar deloc) cu materia normală – cea din care suntem făcuți noi, planetele și stelele.  Totuși – recent a fost propusă o nouă metodă – vânătoarea materiei întunecate cu exoplanetele.

Cum s-ar putea descoperi materia întunecată cu exoplanetele?

Exoplanetele sunt planetele în afara Sistemului Solar. Au fost până în prezent descoperite câteva mii de astfel de planete și se presupune că doar în galaxia noastră ar putea există circa 300 de miliarde (sau chiar și mai multe) astfel de planete.

Ei bine, dacă există particule de materie întunecată există inclusiv antiparticule de materie întunecată. Particulele și antiparticulele de materie întunecată s-ar putea anihila generând însă materie „normală” – adică cea din Modelul Standard. Această anihilare ar produce energia. Această energie ar duce la încălzirea stelelor de neutroni, în centrul cărora s-ar acumula multă materie întunecată datorită atracției gravitaționale intense, dar și la încălzirea planetelor, unde de asemenea s-ar acumula materie întunecată. Cu cât o planetă este mai mare cu atât mai multă materie întunecată s-ar acumula în interiorul acesteia. 

Aceasta este ideea unor cercetători care au publicat recent un articol în care au propus această metodă de descoperire indirectă a materiei întunecate în Phys. Rev. Letters.

Ce s-ar vedea cu exoplanetele?

Ce anume deci ar trebui să caute astronomii ca semnale ale anihilării materiei întunecate cu antimateria întunecată în exoplanete? În primul rând ca să fie observabil aceste efect foarte mic, planetele ar trebui pe cât posibil să fie mari – mai mari chiar și ca Jupiter – și izolate sau în periferia extremă a sistemului lor solar. Altfel încălzirea generată de anihilarea materiei cu antimateria întunecate ar fi acoperită de căldură generată de Soarele acelui sistem. Ba mai mult, într-o galaxie, cum materia întunecată ar trebui să fie mai densă în centru acesteia, planetele situate mai aproape de centrul galaxiei ar trebui să aibă o creștere de temperatură mai mare – ceea ce ar fi un semnal clar al materiei întunecate. Pentru a avea însă timp să se acumuleze o cantitate importantă de materie întunecată în exoplanete se presupune că acest proces nu durează prea multe miliarde de ani – altfel nu ar fi eficient.

Planuri de viitor

Următoarele misiuni care lansează telescoape în spațiu cu obiectivul de a studia exoplanetele, precum James Webb Space Telescope și Nancy Grace Roman Space Telescope vor căuta astfel de planete uriașe, în care să se poată descoperi urme indirecte de materie întunecată. Aceste exoplanete sunt detectoare mai sensibile decât cele terestre întrucât pot detecta indirect particule de materie întunecată cu masă de circa 1.000 de ori mai mică decât cele care vânează materia întunecată în laboratoarele subterane.

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe