Temná hmota by mohla ohřívat srdce starých osamělých planet

Temná hmota může zvyšovat teplotu planet mimo naši Sluneční soustavu, předpovídají fyzici v nové studii. Vesmírné dalekohledy, které už vznikají, by podle nich měly být schopné rozpoznat tento efekt – a to by mohlo umožnit vědcům vysledovat, kde se tato záhadná látka v Mléčné dráze vyskytuje.

Prstenec temné hmoty na modelu kupy galaxií ZwCL0024+1652
Zdroj: ESA

Po celá desetiletí si astrofyzici mysleli, že neviditelná a zatím přímo nepozorovaná temná hmota musí obklopovat všechny galaxie – podobně jako průhledné sklo obaluje kousek barvy v kuličce-skleněnce. Bez existence této temné hmoty není možné vysvětlit řadu jevů v našem modelu vesmíru – například to, proč hvězdy v rychle se otáčejících galaxiích neodletí pryč do kosmu.

Obyčejná látka, kterou tvoří hvězdy a planety, zahrnuje jen pár procent vesmírné hmoty – většinu vesmírného materiálu tvoří právě temná hmota.  Přesto její objevení není snadné, protože nesvítí ani neodráží světlo. 

Fyzikové předpokládají, že tato hmota se skládá z nějaké elementární částice, která přetrvává z doby Velkého třesku. Ale zatím se stále nedaří ji najít – jediné důkazy o její existenci jsou tedy nepřímé; jsou založené na pozorování jejích gravitačních účinků. Objevit ji lze pouze pomocí gravitačních účinků na světlo – takzvané gravitační čočky. Astronomové studují slabé světlo ze vzdálených galaxií, které je zdeformováno nebo ohnuto gravitací temné hmoty v popředí.

Někteří astrofyzici pátrali na obloze po jiných nepřímých důkazech částic temné hmoty. Mnoho teorií předpokládá, že když se dvojice těchto částic srazí, měly by se navzájem zničit – při této reakci by měly vzniknout běžné pozorovatelné částice. A dokonce už existují první pozorování něčeho takového ze středu naší galaxie, kde by koncentrace temné hmoty měla být nejhustější – jen zatím není vůbec jasné, zda jde o reakce temné hmoty nebo něco jiného, například neutronové hvězdy.

Američtí astrofyzici Rebecca Leaneová a Juri Smirnov teď ale navrhují, aby se jako detektory temné hmoty využily exoplanety, tedy planety mimo naši sluneční soustavu. Oba vědci totiž předpokládají, že částice temné hmoty přitahované gravitací by se mohly usadit v jádrech těchto vzdálených planet. Tam by mohlo docházet k jejich anihilci, přičemž by při tomto procesu mohlo vznikat tolik tepla, že by to stačilo pro ohřátí samotných planet, vysvětlují fyzici v práci, která vyšla v odborném časopisu Physical Review Letters.

Kde hledat?

Už dříve se objevily teorie naznačující, že by se temná hmota mohla koncentovat v některých masivních kosmických objektech – také je by zahřívala. Typicky by se mělo jednat o neutronové hvězdy. Planety v naší sluneční soustavě jsou příliš málo hmotné, aby se u nich něco takového mohlo stát, ale řada exoplanet podle Leannové může být výrazně větších i hmotnějších. Současně může být exoplanet v kosmu obrovské množství – jen v Mléčné dráze se jejich počet odhaduje na 300 miliard.

Ve své práci fyzici vytipovali i tělesa, jichž by se to mohlo týkat. Taková exoplaneta musí být dostatečně stará na to, aby stihla vychladnout, musí mít tedy „v rodném listě“ věk nejméně několik miliard let. A současně musí mít oběžnou dráhu dostatečně vzdálenou od své mateřské hvězdy – „nechcete přece hledat svíčku při lesním požáru,“ vysvětluje Juri Smirnov. Ideálními cíli výzkumu by proto byly zbloudilé planety, které unikly svým hvězdám, nebo hnědí trpaslíci, což jsou tělesa napůl cesty mezi planetou a hvězdou.

Anihilace temné hmoty by mohla teplotu planety zvýšit způsobem, který by měl být na těch nejvhodnějších objektech i ze Země viditelný – ideální tělěso by mělo být nejméně čtrnáctkát hmotnější než Jupiter.

Pokud by se tato hypotéza potvrdila, dala by se ověřit další generací vesmírných dalekohledů, které se již dokončují. Jak vesmírný teleskop NASA Nancy Grace Roman (dříve známý jako WFIRST), jehož vypuštění je naplánováno na rok 2025, tak i vesmírný teleskop Jamese Webba, jehož vypuštění je naplánováno na tento rok, budou totiž umět takové planety vyhledávat.