使用系外行星作为暗物质探测器


这颗系外行星是一颗气体巨星,名为GJ 504b,距离地球约57光年。这样的系外行星可能有助于研究人员发现和测量暗物质。图片来源:美国宇航局/戈达德太空飞行中心/S。Wiessinger

在继续寻找宇宙中的暗物质的过程中,科学家们相信他们已经发现了一个独特而强大的探测器:系外行星。


在一篇新论文中,两位天体物理学家提出,可以通过测量暗物质对系外行星(太阳系外的行星)温度的影响来检测暗物质。

这将为我们提供关于暗物质的新见解。暗物质是一种神秘的物质,无法直接观测到,但却占了宇宙质量的80%左右。

俄亥俄州立大学(Ohio State University)宇宙学和天体粒子物理中心(Center for Cosmology and Astroparticle Physics)研究员朱里·斯米尔诺夫(Juri Smirnov)说,“我们相信,应该有大约3000亿颗系外行星等待被发现。”

“即使是发现和研究其中的一小部分,也能给我们提供大量我们现在不知道的关于暗物质的信息。”

Smirnov与斯坦福大学SLAC国家加速器实验室的博士后研究员Rebecca Leane共同撰写了这篇论文。这篇文章发表在今天(2021年4月22日)的《物理评论快报》上。

Smirnov说,当系外行星的引力捕捉到暗物质时,暗物质会到达行星核心,在那里“湮灭”,并以热的形式释放其能量。被捕获的暗物质越多,该系外行星的温度就会越高。

这种加热可以通过NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜来测量,这是一架红外线望远镜,计划于10月发射,将能够测量遥远的系外行星的温度。

“如果系外行星有这种与暗物质相关的异常加热,我们应该能够发现它,”斯米尔诺夫说。

Smirnov说,系外行星在探测轻暗物质方面可能特别有用,轻暗物质是质量较低的暗物质。研究人员还没有通过直接探测或其他实验来探测暗物质。

科学家们认为暗物质的密度会向我们银河系的中心增加。如果这是真的,研究人员应该会发现,离银河系中心越近的行星,其温度上升的幅度就越大。

“如果我们能找到这样的东西,那将是惊人的。显然,我们会发现暗物质,”斯米尔诺夫说。

Smirnov和Leane提出了一种搜索方式,即在地球附近观察气体巨星——所谓的“超级木星”——和褐矮星,以寻找暗物质加热的证据。使用这样的行星作为暗物质探测器的一个优势是,它们不像恒星那样有核聚变,所以“背景热”更少,这使得很难找到暗物质信号。

除了这一局部搜索,研究人员建议搜索遥远的流氓系外行星不再围绕恒星运行。缺乏来自恒星的辐射将再次减少可能掩盖暗物质信号的干扰。

Smirnov说,使用系外行星作为暗物质探测器的一个最好的部分是,它不需要任何新型的仪器,如望远镜,或尚未完成的搜索。

到目前为止,研究人员已经确认了4300多颗已确认的系外行星,另有5695颗候选行星正在接受调查。欧洲航天局(European space Agency)的太空天文台盖亚(Gaia)预计将在未来几年内识别出数以万计的潜在候选者。

Smirnov说:“有如此多的系外行星被研究,我们将有巨大的机会比以往任何时候都更多地了解暗物质。”

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