暗物质可能正在将巨行星转化为黑洞

研究人员探究了构成宇宙物质85%的暗物质可能如何长期影响木星大小的系外行星。他们的理论计算表明，暗物质粒子可能逐渐聚集在这些行星的核心中。尽管从未在实验室中探测到暗物质，物理学家确信其存在。

"如果暗物质粒子足够重且不发生湮灭，它们最终可能坍缩成一个微型黑洞，"论文第一作者、物理与天文系研究生迈赫达德·福鲁坦-梅尔表示。他在何海波（音译）教授的指导下工作。"随后这个黑洞可能增长并吞噬整个行星，将其转变为质量等同于原行星的黑洞。这一结果仅在超重非湮灭暗物质模型下才可能发生。"

根据超重非湮灭暗物质模型，暗物质粒子质量极大且在相互作用时不会相互湮灭。研究人员聚焦该模型，以展示超重暗物质粒子如何被系外行星捕获、损失能量并向其核心漂移。随后这些粒子在核心累积并坍缩成黑洞。

"在具有不同大小、温度和密度的气态系外行星中，黑洞可能在可观测时间尺度上形成，甚至可能在单个系外行星的生命周期内生成多个黑洞，"福鲁坦-梅尔指出。"这些结果表明系外行星巡天如何可用于搜寻超重暗物质粒子，尤其是在银河系中心等被推测富含暗物质的区域。"

地球与行星科学系的博士后研究员塔拉·费瑟罗夫也参与了本研究。

福鲁坦-梅尔解释说，迄今为止天文学家仅探测到质量大于太阳的黑洞。他表示现有理论大多认为黑洞质量至少需达到此量级。

"发现行星质量的黑洞将是重大突破，"他补充道。"这将支持我们论文的论点，并为学界普遍接受的行星级黑洞只能形成于早期宇宙的理论提供替代解释。"

福鲁坦-梅尔表示，系外行星在暗物质研究中应用有限，主要因为科学家此前缺乏足够数据。

"但近年来我们对系外行星的认知已急剧扩展，若干即将进行的太空任务将提供更详尽的观测数据，"他说。"凭借日益增长的数据量，系外行星可用于测试和挑战不同的暗物质模型。"

福鲁坦-梅尔指出，过去科学家通过观测太阳、中子星和白矮星等天体研究暗物质，因为不同暗物质模型会以不同方式影响这些天体。例如某些模型暗示暗物质可能加热中子星。

"因此，若我们观测到一颗古老且冰冷的中子星，就可能排除暗物质的某些特性，因为理论上暗物质应会加热这些天体。"

他补充说明，许多系外行星（以及太阳系中的木星）尚未坍缩成黑洞的事实，可帮助科学家排除或优化诸如超重非湮灭暗物质模型等理论框架。

"若天文学家发现一批行星质量的黑洞，将为超重非湮灭暗物质模型提供有力证据，"福鲁坦-梅尔强调。"随着我们持续收集更多数据并更细致地研究单个行星，系外行星可能为揭示暗物质本质提供关键线索。"

福鲁坦-梅尔提到暗物质对系外行星（甚至可能对太阳系内行星）的另一潜在效应是：它可能加热行星或导致其释放高能辐射。

"当前仪器灵敏度尚不足以探测这些信号，"他表示。"未来的望远镜和太空任务或能捕捉到它们。"

该论文题为《利用系外行星探测超重暗物质》。