Dark Matter est un concept confondant qui vacille sur les principaux bords de la cosmologie et de la physique. Nous ne savons pas ce que c'est ni comment cela s'inscrit exactement dans notre compréhension de l'univers. Nous savons seulement que sa masse invisible est un élément essentiel du cosmos.
Les astronomes savent que la matière noire existe. Ils peuvent dire par la façon dont les galaxies tournent, en exploitant la lentille gravitationnelle et en analysant les fluctuations dans le fond micro-ondes cosmiques. Mais de nouvelles recherches suggèrent qu'il pourrait y avoir un autre moyen de détecter sa présence.
La recherche est « Dark Matter (s) épingle la planète », et il est disponible sur le arxiv serveur de préimprimée. Haihao Shi, de l'Observatoire astronomique du Xinjiang à l'Académie chinoise des sciences, est l'auteur principal. Les co-auteurs sont tous issus d'institutions de recherche chinoises.
« Dark Matter (DM) constitue environ 85% du contenu de la matière de l'univers, comme en témoigne une multitude d'observations astrophysiques et cosmologiques. Malgré sa présence omniprésente, la nature fondamentale et la composition des particules de matière noire restent insaisissables, pointant de manière soigneusement physique au-delà du modèle standard et de la relativité générale », les auteurs écrivent, capturant soigneusement.
La recherche repose sur des recherches antérieures suggérant que le DM peut trouver son chemin à l'intérieur des planètes, un phénomène appelé capture planétaire de la matière noire. L'idée est que l'attraction gravitationnelle des planètes peut attirer des particules de matière noire. La physique derrière elle est complexe, mais les scientifiques y travaillent, notamment en essayant d'estimer sa densité à l'intérieur des planètes. Les scientifiques s'attendent à ce que la densité soit très faible, ce qui le rend difficile à détecter.
Il existe une variété d'explications sur ce que pourrait être DM. Il pourrait s'agir de trous noirs primordiaux, ce pourrait être des axions, ou il pourrait être faiblement interagissant des particules massives (WIMP). Il y a aussi d'autres candidats. Mais cette recherche essaie de contraindre les propriétés de DM à l'échelle planétaire plutôt que sur une échelle microscopique ou cosmique.
« Les planètes servent de sondes à long terme sur les effets de matière noire, ayant interagi avec le halo de matière noire environnante pendant des milliards d'années », écrivent les auteurs. « Ces interactions peuvent entraîner des conséquences cumulatives et observables, telles que les changements dans la température planétaire, la dynamique de rotation et les propriétés atmosphériques. »
L'idée de base derrière la capture de matière noire est que DM interagit avec la matière planétaire et dépose de l'énergie dans la planète. Bien que la matière noire et la matière baryonique n'interagissent pas ou n'arrêtent pas le sens normal, ils peuvent interagir en raison de facteurs comme le tunneling quantique. Ces interactions entraînent des changements dans la rotation et la température d'une planète, en accélérant l'une et en élevant l'autre. Les scientifiques peuvent observer ces changements et les auteurs ont développé une nouvelle approche pour les détecter.
Bien que la physique elles-mêmes fascine par elles-mêmes, la matière noire planétaire pourrait affecter l'habitabilité. « En outre, les effets de la matière noire à des échelles planétaires pourraient influencer l'habitabilité planétaire en modifiant les conditions thermiques, affectant potentiellement la stabilité de l'eau liquide et de l'évolution atmosphérique », indique l'article.
Lorsque les particules de matière noire pénètrent dans les planètes, elles sont soumises à la diffusion, à la capture et à l'annihilation. Lorsqu'ils se dispersent – ou entrent en collision – ils confèrent de l'énergie cinétique dans les particules planétaires, qui se manifestent comme de la chaleur. La même chose se produit lorsqu'ils sont anéantis. L'augmentation de la température est due à la quantité de matière noire entre dans la planète, et l'énergie qui est en entrée peut également accélérer la période de rotation de la planète.
Dans leur travail, les chercheurs ont simulé la capture planétaire de la matière noire dans 15 exoplanètes confirmées, y compris celles comme 55 Cancri d (Lipperhey) et Epsilon Eridani B, tous deux intéressants particuliers pour les scientifiques. Ils ont également appliqué leur modèle à Jupiter et à la Terre.
« Notre théorie suggère que l'énergie fournie par le chauffage de matière noire n'est pas entièrement convertie en température mais est distribuée en fonction des propriétés intrinsèques de la planète, telles que la masse et le rayon, ainsi que son état actuel, y compris la température et la vitesse angulaire », écrivent les auteurs.
La Terre n'est pas à l'abri de la capture de la matière noire, selon la recherche.
Les auteurs écrivent que « … Nos prévisions suggèrent que l'apport d'énergie combinée de la matière noire et du soleil entraînera une augmentation de la température atmosphérique de surface d'environ 0,015 K sur 100 ans et 0,15 K sur 1000 ans. »
Le chauffage de matière noire peut également augmenter la vitesse de rotation d'une planète, bien que cela soit plus difficile à différencier des autres influences. Des choses comme les effets de marée et les tremblements de terre peuvent également affecter la vitesse de rotation. « Pour la Terre, nous prédisons que le chauffage de la matière noire accélérera sa période de rotation sur l'ordre des secondes par cent ans », écrivent-ils.
La période de rotation de la Terre diminuera d'environ 12 secondes en 100 ans. En 1 000 ans, c'est 120 secondes. Ce sont de grands nombres et les auteurs disent que nous devrions être en mesure de détecter ces effets avec des méthodes de mesure au sol.
Les auteurs affirment que lorsque nous comprenons ces effets plus clairement, ils pourraient nous aider à comprendre l'habitabilité des exoplanet.
« À l'avenir, alors que l'humanité cherche une seconde maison dans l'univers, l'impact de la matière noire sur la rotation planétaire proposée dans ce travail peut servir de référence pour évaluer l'habitabilité planétaire », concluent-ils.
