Mais de 5.000 planetas foram descobertos além do nosso sistema solar, permitindo que os cientistas explorem a evolução planetária e considerem a possibilidade de vida extraterrestre. Agora, um estudo da UC Riverside publicado na Physical Review D sugere que esses “exoplanetas” também poderiam servir como ferramentas para investigar a matéria escura.
Os pesquisadores examinaram como a matéria escura, que compõe 85% da matéria do universo, poderia afetar exoplanetas do tamanho de Júpiter ao longo de longos períodos de tempo. Seus cálculos teóricos sugerem que partículas de matéria escura poderiam se acumular gradualmente nos núcleos desses planetas. Embora a matéria escura nunca tenha sido detectada em laboratórios, os físicos têm confiança em sua existência.
“Se as partículas de matéria escura forem pesadas o suficiente e não se aniquilarem, elas podem eventualmente colapsar em um pequeno buraco negro”, disse o autor principal do artigo, Mehrdad Phoroutan-Mehr, um aluno de pós-graduação do Departamento de Física e Astronomia que trabalha com Hai-Bo Yu, um professor de física e astronomia. “Esse buraco negro poderia então crescer e consumir todo o planeta, transformando-o em um buraco negro com a mesma massa que o planeta original. Esse resultado só é possível sob o modelo de matéria escura superpesada não aniquilante.”
De acordo com o modelo de matéria escura superpesada não aniquilante, as partículas de matéria escura são extremamente massivas e não se destroem quando interagem. Os pesquisadores se concentraram nesse modelo para mostrar como partículas de matéria escura superpesadas são capturadas por exoplanetas, perdem energia e se deslocam em direção aos seus núcleos. Lá, se acumulam e colapsam em buracos negros.
“Em exoplanetas gasosos de vários tamanhos, temperaturas e densidades, buracos negros poderiam se formar em escalas de tempo observáveis, potencialmente até gerando múltiplos buracos negros na vida de um único exoplaneta,” disse Phoroutan-Mehr. “Esses resultados mostram como os levantamentos de exoplanetas poderiam ser usados para procurar partículas de matéria escura superpesadas, especialmente em regiões hipotetizadas como ricas em matéria escura, como o centro galáctico de nossa Via Láctea.”
Phoroutan-Mehr foi acompanhado no estudo por Tara Fetherolf, uma pesquisadora de pós-doutorado do Departamento de Ciências da Terra e Planetárias.
Phoroutan-Mehr explicou que, até agora, os astrônomos só detectaram buracos negros com massas superiores à do nosso sol. Ele disse que a maioria das teorias existentes sugere que os buracos negros devem ter essa massa mínima.
“Descobrir um buraco negro com a massa de um planeta seria um grande avanço,” acrescentou ele. “Isso apoiaria a tese de nosso artigo e ofereceria uma alternativa à teoria comumente aceita de que buracos negros do tamanho de planetas só poderiam se formar no início do universo.”
De acordo com Phoroutan-Mehr, os exoplanetas não foram muito utilizados na pesquisa de matéria escura, em grande parte porque os cientistas não tinham dados suficientes sobre eles.
“Mas, nos últimos anos, nosso conhecimento sobre exoplanetas se expandiu dramaticamente, e várias missões espaciais futuras proporcionarão observações ainda mais detalhadas,” disse ele. “Com esse crescente corpo de dados, os exoplanetas podem ser usados para testar e desafiar diferentes modelos de matéria escura.”
Phoroutan-Mehr afirmou que, no passado, os cientistas investigaram a matéria escura observando objetos como o sol, estrelas de nêutrons e anãs brancas, uma vez que diferentes modelos de matéria escura podem afetar esses objetos de maneiras distintas. Por exemplo, alguns modelos sugerem que a matéria escura pode aquecer estrelas de nêutrons.
“Então, se fôssemos observar uma estrela de nêutrons antiga e fria, poderíamos descartar certas propriedades da matéria escura, uma vez que a matéria escura teoricamente deve aquecê-las,” disse ele.
Ele acrescentou que muitos exoplanetas (e Júpiter em nosso sistema solar) não terem colapsado em buracos negros pode ajudar os cientistas a descartar ou refinar modelos de matéria escura, como o modelo de matéria escura superpesada não aniquilante.
“Se os astrônomos descobrissem uma população de buracos negros do tamanho de planetas, isso poderia oferecer fortes evidências a favor do modelo de matéria escura superpesada não aniquilante,” disse Phoroutan-Mehr. “À medida que continuamos a coletar mais dados e examinar planetas individuais com mais detalhes, os exoplanetas podem oferecer insights cruciais sobre a natureza da matéria escura.”
Phoroutan-Mehr observou que outro possível efeito da matéria escura sobre os exoplanetas — e possivelmente sobre os planetas em nosso sistema solar — é que ela poderia aquecê-los ou fazer com que emitissem radiação de alta energia.
“Os instrumentos de hoje não são sensíveis o suficiente para detectar esses sinais,” disse ele. “Telescópios e missões espaciais futuras podem ser capazes de captá-los.”
O título do artigo é “Investigando a Matéria Escura Superpesada com Exoplanetas.”