Новое исследование, опубликованное 20 августа 2025 года в журнале Physical Review D, предполагает, что тёмная материя может накапливаться в ядрах планет размером с Юпитер, формируя микроскопические чёрные дыры, которые постепенно пожирают эти миры изнутри. Эта смелая гипотеза, предложенная учёными из Калифорнийского университета в Риверсайде, открывает новые возможности для изучения загадочной тёмной материи с помощью экзопланет. Об этом сообщает Space.com.

Как тёмная материя создаёт чёрные дыры?

Тёмная материя, составляющая около 85% всей массы Вселенной, остаётся одной из величайших загадок науки. Она не взаимодействует со светом, что делает её невидимой и исключает её состав из обычных частиц — электронов, протонов и нейтронов. Учёные предполагают, что тёмная материя может состоять из различных гипотетических частиц, и новая модель фокусируется на сверхтяжёлых частицах, которые не аннигилируют при встрече друг с другом.

Согласно теории, такие частицы тёмной материи могут захватываться гравитацией экзопланет, терять энергию и оседать в их ядрах. Со временем их плотность возрастает, пока они не коллапсируют, образуя крошечную чёрную дыру. Эта чёрная дыра затем начинает «пожирать» планету, превращая её в чёрную дыру с массой, равной массе исходной планеты — около 0,001 массы Солнца для планет размером с Юпитер.

«Если частицы тёмной материи достаточно тяжёлые и не аннигилируют, они могут со временем коллапсировать в крошечную чёрную дыру», — пояснил ведущий автор исследования Мехрдад Форута-Мехр из Калифорнийского университета в Риверсайде.

Ограничения модели

Модель работает только при определённых условиях:

  • Частицы тёмной материи должны быть сверхтяжёлыми. Это исключает популярного кандидата — аксион, гипотетическую частицу с малой массой.
  • Частицы не должны аннигилировать при встрече, как это происходит с электронами и позитронами, иначе они не смогут накопиться в количестве, достаточном для формирования чёрной дыры.

Отличие от звёздных чёрных дыр

Самые лёгкие из известных чёрных дыр — звёздные, с массой от 3 до 100 масс Солнца. Они образуются при коллапсе массивных звёзд после сверхновой, когда ядро звезды сжимается под собственной гравитацией. Однако для этого звезда-прародитель должна превышать предел Чандрасекара (1,4 массы Солнца), а её ядро после взрыва — предел Толмана-Оппенгеймера-Волкова (2,2–2,9 массы Солнца). Например, самая лёгкая обнаруженная чёрная дыра имеет массу 3,8 массы Солнца, а самая тяжёлая нейтронная звезда — 2,4 массы Солнца.

Чёрные дыры, возникающие из тёмной материи в экзопланетах, значительно легче — их масса соответствует массе планеты, например, Юпитера. Это делает их уникальными объектами, которые могут быть обнаружены при наблюдении за экзопланетами.

«Обнаружение чёрной дыры с массой планеты станет настоящим прорывом», — отметил Форута-Мехр. — «Если астрономы найдут популяцию таких объектов, это станет сильным доказательством модели сверхтяжёлой неаннигилирующей тёмной материи».

Экзопланеты как детекторы тёмной материи

Исследование предполагает, что экзопланеты, особенно в регионах с высокой плотностью тёмной материи, таких как центр Млечного Пути, могут стать инструментами для изучения этой загадочной субстанции. Накопление тёмной материи может вызывать нагрев планет или испускание ими высокоэнергетического излучения, что теоретически можно зафиксировать.

«На газовых экзопланетах разных размеров, температур и плотностей чёрные дыры могут формироваться в наблюдаемые сроки, возможно, даже создавая несколько чёрных дыр за время жизни одной планеты», — добавил Форута-Мехр.

Однако современные телескопы пока не способны уловить такие сигналы. Будущие миссии и инструменты, такие как телескопы нового поколения, могут позволить обнаружить эти эффекты, открывая новое окно в изучение тёмной материи.

Другие подходы к изучению тёмной материи

Экзопланеты — не единственные объекты, которые могут помочь в изучении тёмной материи. Например, считается, что тёмная материя может накапливаться в нейтронных звёздах, вызывая их нагрев за счёт аннигиляции частиц. Если бы астрономы обнаружили старую и холодную нейтронную звезду, это могло бы исключить некоторые свойства тёмной материи, поскольку она теоретически должна нагревать такие объекты.

«Если мы найдём старую и холодную нейтронную звезду, это может исключить определённые характеристики тёмной материи», — пояснил Форута-Мехр.

Почему это важно?

Тёмная материя остаётся ключевой загадкой космологии, влияя на гравитацию и формирование галактик, но оставаясь невидимой. Если теория о формировании чёрных дыр из тёмной материи подтвердится, она:

  • Откроет новый способ обнаружения тёмной материи через наблюдения за экзопланетами.
  • Подтвердит существование сверхтяжёлых частиц тёмной материи.
  • Изменит наше понимание процессов внутри планет и их эволюции.

С учётом того, что каталог экзопланет уже насчитывает более 5000 объектов, они становятся важным инструментом для космологических исследований.

Вкратце…

Новое исследование, опубликованное в Physical Review D, предполагает, что тёмная материя может накапливаться в ядрах экзопланет размером с Юпитер, формируя чёрные дыры, которые пожирают эти миры изнутри. Такие чёрные дыры, с массой планеты, значительно легче звёздных и могут быть обнаружены при наблюдении за экзопланетами, особенно в регионах с высокой плотностью тёмной материи. Теория исключает лёгкие частицы, такие как аксионы, и требует неаннигилирующих сверхтяжёлых частиц. Если подтвердится, эта гипотеза откроет новое окно в изучение тёмной материи и изменит наше понимание эволюции планет и Вселенной.