Двоє американських астрофізиків з Національної прискорювальної лабораторії ім. Фермі розрахували, що темна матерія може служити джерелом енергії для великих планет і зробити їх потенційно жилими.

Нагрівати планету в запропонованій вченими моделі повинна анігіляція частинок темної матерії – вімпів. У теоретичній можливості цього сумніватися не доводиться: за сучасними оцінками, енергетичний «запас» темної матерії Всесвіту на кілька порядків перевершує ту енергію, яка могла б виділитися при термоядерному перетворенні всього існуючого водню в гелій. Основна проблема полягає в тому, що вімпи, на відміну від звичної баріонів матерії, в загальному випадку не взаємодіють з інтенсивністю, достатньою для отримання значних обсягів енергії.

Однак планети і зірки своєю масою створюють умови для ефективної анігіляції. Рухомі вімпи можуть зазнавати пружне розсіяння (процес зіткнення частинок, в якому їх внутрішній стан залишається незмінним, а змінюються лише імпульси) на ядрах, що містяться в масивних тілах. У деяких випадках – при втраті вімпів досить великої частини імпульсу – це призводить до гравітаційного захоплення темної матерії. Переміщаючись в обсязі нападника тіла, вімпи знову взаємодіють з ядрами і поступово збираються в надрах світила або планети. Із зростанням їхньої кількості починається інтенсивна анігіляція, і маса темної матерії конвертується в кінетичну енергію – релятивістські частинки, які поглинаються оточуючим речовиною.

Отже, для оцінки перспектив нагріву планети необхідно знати, з якою частотою вона буде захоплювати вімпи. Легко показати, що ця величина залежить і від характеристик самої планети та її оточення, і від властивостей вімпів.

У новій роботі розглядалися «кам'янисті» планети з залізним ядром, нагадують Землю по складу речовини і перевершують її за масою в 1-10 разів. Середня щільність темної матерії у нашій ділянці Галактики – 0,4 ГеВ/см3, або 7 • 10-25 г/см3, – була взята з опублікованої зовсім недавно, в серпні минулого року, статті італійських фізиків. Параметри вімпів, сказати про яких щось певне вчені поки не можуть, оцінювалися за двома абсолютно різними схемами: у першій (моделі А) маса частинок зафіксована на рівні 300 ГеВ, а в моделі Б вімпи «важили» всього 7 ГеВ і мали інше перетин пружного розсіювання. Остання модель, зауважимо, відповідає даним колаборацій DAMA / LIBRA і CoGeNT, про результати експериментів яких ми повідомляли в 2010-му.

При таких вихідних параметрах Земля захоплювала б вімпи зі швидкістю 3 • 1012 (5 • 1015) часток / с в моделях А і Б відповідно. Значення представляються внушиЄльня, але в енергетичному сенсі вони невеликі: навіть якщо припустити, що вімпи анігілюють з інтенсивністю загарбання, вони будуть «закачувати» в поверхневу область планети тільки 1,4 • 105 (5,6 • 106) Вт. З внеском Сонця, яке забезпечує 1,2 • 1017 Вт, це не порівняти, і без участі зірки Земля не змогла б підтримувати воду в рідкому стані на поверхні.

Більш великі планети знаходяться у виграшному становищі. Якщо масу Землі збільшити в 10 разів, інтенсивність захоплення зросте більш ніж у сто разів. Звичайно, при цьому збільшиться і площа поверхні, але значення потужності в перерахунку на один квадратний метр помітно підвищиться. Втім, конкурувати з Сонцем вімпи все одно не зможуть.

Інтенсивність захоплення частинок темної матерії землеподібні планетою, виражена в одиницях потужності. Передбачається, що планета знаходиться в нашій області Галактики. (Ілюстрація авторів роботи.)

Зовсім інші результати можна отримати при розгляді планет, що знаходяться в областях з більшою щільністю повільно рухається темної матерії, яка захоплюється планетою навіть при невеликій втраті імпульсу. Типовим прикладом тут служать центральні області карликових галактик сфероидальним, що мають щільність темної матерії в 40-150 ГеВ/см3. У ядрі Чумацького Шляху або Великого Магелланової хмари щільність може підніматися ще вище, і такі умови, за розрахунками американців, допускають існування рідкої води на поверхні планети, кілька перевершує Землю за масою, при відсутності зоряного світла та інших джерел енергії.

«Сама ідея мені подобається, – зізнається не брав участі в дослідженні співробітник Університету штату Пенсільванія Джеймс Кастинг (James Kasting). – На жаль, перевірити ці викладки ми в доступному для огляду майбутньому не зможемо ». Справа в тому, що області високої щільності темної матерії в центрі Галактики знаходяться дуже далеко від Землі, і ніяких способів вивчення розташованих там планет не існує.

За матеріалами: NewScientist

Tweet

Заможні регіони: Для чого насправді Потрібні вибори?