天文学家已在太阳系外发现了超过5000颗围绕恒星运行的行星。这些遥远的行星被称为系外行星，它们为科学家提供了宝贵的机会，让他们能够研究行星的形成和演化，并思考宇宙中是否存在生命。
根据加州大学河滨分校发表在 《物理评论D》上的一项新研究，系外行星或许有助于探索宇宙中最神秘的物质之一：暗物质。该研究探索了暗物质（据信约占宇宙所有物质的85%）如何在数十亿年的时间里影响与木星大小相似的大质量行星。
该团队的计算表明，暗物质粒子可能缓慢沉入行星内部，并在其核心积聚。虽然暗物质从未在地球上的实验中直接观测到，但科学家们仍然坚信它的存在。
“如果暗物质粒子足够重，并且不会湮灭，它们最终可能会坍缩成一个微型 黑洞 ，”论文第一作者、物理学和天文学系研究生迈赫达德·福鲁坦-梅尔（Mehrdad Phoroutan-Mehr）说道，他与物理学和天文学系教授余海波共事。“这个黑洞可能会不断膨胀，吞噬整个行星，使其变成一个与原行星质量相同的黑洞。这种结果只有在超重非湮灭暗物质模型下才有可能。”
Mehrdad Phoroutan-Mehr是加州大学河滨分校物理与天文系的研究生。图片来源：Mehrdad Phoroutan-Mehr
根据超重非湮灭暗物质模型，暗物质粒子质量极大，相互作用时不会相互毁灭。研究人员专注于该模型，以展示超重暗物质粒子如何被系外行星捕获、损失能量并漂移至其核心。在那里，它们积聚并坍缩成黑洞。
“在不同大小、温度和密度的气态系外行星中，黑洞都可能在可观测的时间尺度上形成，甚至可能在一颗系外行星的生命周期内产生多个黑洞，”Phoroutan-Mehr说道。“这些结果表明，系外行星巡天可以用来寻找超重暗物质粒子，尤其是在那些被推测富含暗物质的区域，比如我们的银河系中心。”
地球与行星科学系博士后研究员 Tara Fetherolf 也参与了 Phoroutan-Mehr 的研究。
到目前为止，天文学家只探测到了质量大于太阳的黑洞。他说，大多数现有理论认为黑洞的质量至少要达到太阳的水平。
“发现一个质量与行星相当的黑洞将是一个重大突破，”他补充道。“它将支持我们论文的论点，并为普遍接受的行星大小黑洞只能在早期宇宙中形成的理论提供另一种解释。”
Phoroutan-Mehr 表示，系外行星在暗物质研究中没有得到广泛应用，主要是因为科学家没有足够的关于它们的数据。
“但近年来，我们对系外行星的了解已大幅扩展，即将进行的几项太空任务将提供更详细的观测，随着这些数据的不断增长，系外行星可以用来测试和挑战不同的暗物质模型。”
过去科学家通过观察太阳、中子星和白矮星等物体来研究暗物质，因为不同的暗物质模型会以不同的方式影响这些物体。例如，一些模型认为暗物质可以加热中子星。
“因此，如果我们观察一颗古老而寒冷的 中子星 ，它可能会排除暗物质的某些特性，因为理论上暗物质预计会使它们加热，”他说。
他补充说，许多系外行星（以及我们太阳系中的木星）没有坍缩成黑洞，这可以帮助科学家排除或改进暗物质模型，例如超重非湮灭暗物质模型。
“如果天文学家发现一个行星大小的黑洞群，它将为超重非湮灭暗物质模型提供强有力的证据，随着我们继续收集更多数据并更详细地研究单个行星，系外行星或许能为了解暗物质的本质提供关键的见解。”
暗物质对系外行星（也可能对我们太阳系中的行星）的另一种可能影响是，它可能会使这些行星变热或导致它们发射高能辐射。
“目前的仪器灵敏度不够，无法探测到这些信号，未来的望远镜和太空任务或许能够捕捉到它们。”
编译自/scitechdaily