Тёмная материя может служить источником энергии для крупных планет и это может сделать их обитаемыми, об этом заявили двое американских астрофизиков работающих над рассчётами в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферма.Двое американских астрофизиков из Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми рассчитали, что тёмная материя может служить источником энергии для крупных планет и сделать их потенциально обитаемыми.
Нагревать планету в предложенной учёными модели должна аннигиляция частиц тёмной материи — вимпов. В теоретической возможности этого сомневаться не приходится: по современным оценкам, энергетический «запас» тёмной материи Вселенной на несколько порядков превосходит ту энергию, которая могла бы выделиться при термоядерном превращении всего существующего водорода в гелий. Основная проблема заключается в том, что вимпы, в отличие от привычной барионной материи, в общем случае не взаимодействуют с интенсивностью, достаточной для извлечения значительных объёмов энергии.
Однако планеты и звёзды своей массой создают условия для эффективной аннигиляции. Движущиеся вимпы могут претерпевать упругое рассеяние (процесс столкновения частиц, в котором их внутреннее состояние остаётся неизменным, а меняются лишь импульсы) на ядрах, содержащихся в массивных телах. В некоторых случаях — при потере вимпом достаточно большой части импульса — это приводит к гравитационному захвату тёмной материи. Перемещаясь в объёме захватившего их тела, вимпы снова взаимодействуют с ядрами и постепенно собираются в недрах светила или планеты. С ростом их количества начинается интенсивная аннигиляция, и масса тёмной материи конвертируется в кинетическую энергию — релятивистские частицы, которые поглощаются окружающим веществом.
Следовательно, для оценки перспектив нагрева планеты необходимо знать, с какой частотой она будет захватывать вимпы. Легко показать, что эта величина зависит и от характеристик самой планеты и её окружения, и от свойств вимпов.
В новой работе рассматривались «каменистые» планеты с железным ядром, напоминающие Землю по составу вещества и превосходящие её по массе в 1–10 раз. Средняя плотность тёмной материи в нашем участке Галактики — 0,4 ГэВ/см3, или 7•10–25 г/см3, — была взята из опубликованной совсем недавно, в августе прошлого года, статьи итальянских физиков. Параметры вимпов, сказать о которых что-то определённое учёные пока не могут, оценивались по двум совершенно разным схемам: в первой (модели А) масса частиц зафиксирована на уровне 300 ГэВ, а в модели Б вимпы «весили» всего 7 ГэВ и имели другое сечение упругого рассеяния. Последняя модель, заметим, соответствует данным коллабораций DAMA/LIBRA и CoGeNT, о результатах экспериментов которых мы сообщали в 2010-м.
При таких исходных параметрах Земля захватывала бы вимпы со скоростью 3•1012 (5•1015) частиц/с в моделях А и Б соответственно. Значения представляются внушительными, но в энергетическом смысле они невелики: даже если предположить, что вимпы аннигилируют с интенсивностью захватывания, они будут «закачивать» в поверхностную область планеты только 1,4•105 (5,6•106) Вт. С вкладом Солнца, которое обеспечивает 1,2•1017 Вт, это не сравнить, и без участия звезды Земля не смогла бы поддерживать воду в жидком состоянии на поверхности.
Интенсивность захвата частиц тёмной материи землеподобной планетой, выраженная в единицах мощности. Предполагается, что планета находится в нашей области Галактики. (Иллюстрация авторов работы.)Более крупные планеты находятся в выигрышном положении. Если массу Земли увеличить в 10 раз, интенсивность захвата возрастёт более чем стократно. Конечно, при этом увеличится и площадь поверхности, но значение мощности в пересчёте на один квадратный метр заметно повысится. Впрочем, конкурировать с Солнцем вимпы всё равно не смогут.
Совсем другие результаты можно получить при рассмотрении планет, находящихся в областях с большей плотностью медленно движущейся тёмной материи, которая захватывается планетой даже при небольшой потере импульса. Типичным примером здесь служат центральные области карликовых сфероидальных галактик, имеющие плотность тёмной материи в 40–150 ГэВ/см3. В ядре Млечного Пути или Большого Магелланова облака плотность может подниматься ещё выше, и такие условия, по расчётам американцев, допускают существование жидкой воды на поверхности планеты, несколько превосходящей Землю по массе, при отсутствии звёздного света и других источников энергии.
«Сама идея мне нравится, — признаётся не принимавший участия в исследовании сотрудник Университета штата Пенсильвания Джеймс Кастинг (James Kasting). — К сожалению, проверить эти выкладки мы в обозримом будущем не сможем». Дело в том, что области высокой плотности тёмной материи в центре Галактики находятся очень далеко от Земли, и никаких способов изучения расположенных там планет не существует.
