Dark Matter er et forvirrende koncept, der vrider på de førende kanter af kosmologi og fysik. Vi ved ikke, hvad det er, eller hvordan det nøjagtigt passer ind i vores forståelse af universet. Vi ved kun, at dens usete masse er en kritisk del af kosmos.
Astronomer ved, at der findes mørkt stof. De kan fortælle det, som galakser roterer, ved at udnytte gravitationslinsering og ved at analysere udsving i den kosmiske mikrobølgebaggrund. Men ny forskning antyder, at der kan være en anden måde at opdage dens tilstedeværelse på.
Forskningen er “mørke stof (r) stifter planeten”, og den er tilgængelig på arxiv Preprint Server. Haihao Shi, fra Xinjiang Astronomical Observatory ved det kinesiske videnskabsakademi, er hovedforfatteren. Medforfatterne er alle fra kinesiske forskningsinstitutioner.
“Dark Matter (DM) udgør cirka 85% af universets stofindhold, som det fremgår af en række astrofysiske og kosmologiske observationer. På trods af dens gennemgribende tilstedeværelse forbliver den grundlæggende karakter og sammensætningen af mørke stofpartikler undvigende og peger på ny fysik ud over standardmodellen og generel relativitet,” skrivende, der skrev, idet de indfanger spørgsmålet.
Forskningen hviler på tidligere forskning, der antyder, at DM kan finde vej ind i det indre af planeter, et fænomen kaldet Dark Matter Planetary Capture. Ideen er, at planeternes gravitationsluk kan tiltrække partikler i mørke stoffer. Fysikken bag det er kompleks, men forskere arbejder på det, herunder forsøg på at estimere dens densitet inde i planeter. Forskere forventer, at densiteten er meget lav, hvilket gør det vanskeligt at opdage.
Der er en række forskellige forklaringer på, hvad DM kunne være. Det kan være primordiale sorte huller, det kan være aksioner, eller det kan være svagt at interagere med massive partikler (WIMP’er). Der er også andre kandidater. Men denne forskning forsøger at begrænse DM’s egenskaber i en planetarisk skala snarere end på en mikroskopisk eller kosmisk skala.
“Planeter tjener som langsigtede sonder af effekter af mørke stoffer, efter at have interageret med det omgivende Halo i milliarder i milliarder af år,” skriver forfatterne. “Disse interaktioner kan føre til kumulative, observerbare konsekvenser, såsom ændringer i planetarisk temperatur, rotationsdynamik og atmosfæriske egenskaber.”
Den grundlæggende idé bag Dark Matter Capture er, at DM interagerer med planetarisk stof og indleder energi i planeten. Mens mørkt stof og baryonisk stof ikke interagerer eller kolliderer i normal forstand, kan de interagere på grund af faktorer som kvantetunneling. Disse interaktioner fører til ændringer i en planets rotation og temperatur, accelererer den ene og hæver den anden. Forskere kan observere disse ændringer, og forfatterne har udviklet en ny tilgang til at opdage dem.
Selvom fysikken selv er fascinerende på egen hånd, kan planetarisk mørke stof påvirke beboeligheden. “Endvidere kan mørke stofvirkninger på planetariske skalaer påvirke planetarisk beboelse ved at ændre termiske forhold, hvilket potentielt påvirker stabiliteten i flydende vand og atmosfærisk udvikling,” hedder det i papiret.
Når mørke stofpartikler kommer ind i planeter, er de underlagt spredning, fangst og udslettelse. Når de spreder – eller kolliderer – giver de kinetisk energi til de planetariske partikler, der manifesterer sig som varme. Det samme sker, når de udslettes. Temperaturstigningen skyldes, hvor meget mørkt stof der kommer ind i planeten, og den energi, der er input, kan også fremskynde planetens rotationsperiode.
I deres arbejde simulerede forskerne Dark Matter Planetary Capture i 15 bekræftede eksoplaneter, herunder dem som 55 Cancri D (Lipperhey) og Epsilon Eridani B, begge af særlig interesse for forskere. De anvendte også deres model på Jupiter og Jorden.
“Vores teori antyder, at energien, der leveres af mørk stofopvarmning, ikke er helt omdannet til temperatur, men fordeles i henhold til planetens iboende egenskaber, såsom masse og radius, samt dens nuværende tilstand, herunder temperatur og vinkelhastighed,” skriver forfatterne.
Jorden er ikke immun mod mørke stoffangst, ifølge forskningen.
Forfatterne skriver, at “… vores forudsigelser antyder, at den kombinerede energiindgang fra Dark Matter og solen vil føre til en atmosfærisk temperaturstigning på ca. 0,015 K over 100 år og 0,15 K over 1000 år.”
Opvarmning af mørkt stof kan også øge en planets rotationshastighed, skønt det er vanskeligere at differentiere fra andre påvirkninger. Ting som tidevandseffekter og jordskælv kan også påvirke rotationshastigheden. “For Jorden forudsiger vi, at opvarmningen af mørkt stof vil fremskynde dens rotationsperiode i størrelsesordenen sekunder pr. Hundrede år,” skriver de.
Jordens rotationsperiode falder med ca. 12 sekunder på 100 år. På 1.000 år er det 120 sekunder. Dette er et stort antal, og forfatterne siger, at vi skal være i stand til at detektere disse effekter med jordbaserede målemetoder.
Forfatterne hævder, at når vi forstår disse effekter mere tydeligt, kunne de hjælpe os med at forstå eksoplanet -beboelighed.
“I fremtiden, da menneskeheden søger efter et andet hjem i universet, kan virkningen af mørkt stof på planetarisk rotation, der er foreslået i dette arbejde, tjene som reference til vurdering af planetarisk beboelighed,” konkluderer de.