Новое исследование предполагает, что темная материя может накапливаться в течение огромных промежутков времени в ядрах планет размером с Юпитер, формируя черные дыры, которые пожирают эти миры изнутри. Эта удивительная гипотеза открывает возможность использования экзопланет для изучения загадки темной материи.

Согласно предложенной модели, сверхтяжелые частицы темной материи могут захватываться гравитацией экзопланет, терять энергию и смещаться к их ядрам. Там они накапливаются до тех пор, пока не коллапсируют, образуя черную дыру. Последняя начинает поглощать планету, разрушая ее изнутри.

Однако эта теория применима не ко всем сценариям формирования черных дыр. Например, если частицы темной материи аннигилируют при столкновении, как предполагают некоторые модели (аналогично электронам и позитронам), их накопление в количестве, необходимом для коллапса, станет невозможным.

Темная материя остается одной из главных загадок науки. Она составляет 85% вещества Вселенной, но не взаимодействует со светом, а потому недоступна для прямого наблюдения. Ученые предлагают различные гипотетические частицы для ее объяснения, включая слабовзаимодействующие массивные частицы (вимпы) и аксионы, но ни одна из теорий пока не подтверждена.

Для реализации описанного сценария частицы темной материи должны обладать крайне высокой массой. Это исключает популярных кандидатов вроде аксионов, чья масса ничтожно мала.
— Если частицы темной материи достаточно тяжелы и не аннигилируют, они могут со временем коллапсировать в крошечную черную дыру, — поясняет Мехрдад Форутан-Мехр из Калифорнийского университета в Риверсайде.

Как формируются черные дыры из темной материи?
Сегодня самые легкие известные черные дыры имеют звездную массу — от 3 до 100 масс Солнца. Они образуются при коллапсе ядер массивных звезд после вспышек сверхновых. Нижний предел их массы (около 3 солнечных) обусловлен пределом Толмена-Оппенгеймера-Волкова (TOV), разделяющим формирование черных дыр и нейтронных звезд. Самые легкие подтвержденные черные дыры имеют массу около 3,8 солнечных, а тяжелейшие нейтронные звезды — до 2,4 солнечных.

Черные дыры, рожденные в недрах экзопланет, будут значительно меньше. Например, если они поглотят планету массой с Юпитер (0,001 солнечной массы), то станут в тысячи раз легче звездных «сородичей».
— В газовых экзопланетах различных размеров и плотности черные дыры могут формироваться за наблюдаемые сроки, причем в одной планете может возникнуть несколько таких объектов, — отмечает Форутан-Мехр. — Это открывает путь к поиску сверхтяжелой темной материи в областях, богатых ею, например, в центре Млечного Пути.

Перспективы обнаружения
Ключевым доказательством теории станет обнаружение черных дыр планетарной массы. Сегодня такие объекты не зафиксированы, но их открытие могло бы подтвердить существование сверхтяжелой неаннигилирующей темной материи.
— Обнаружение популяции черных дыр размером с планету станет прорывом, — подчеркивает Форутан-Мехр.

Ученые также предлагают искать следы темной материи в экзопланетах по косвенным признакам: аномальному нагреву или излучению высоких энергий. Однако современные инструменты пока недостаточно чувствительны для этого.
— Будущие телескопы и космические миссии смогут проверить нашу гипотезу, — говорит исследователь. — Детальное изучение экзопланет может дать ключи к пониманию природы темной материи.

Интересно, что аналогичные методы уже предлагались для нейтронных звезд: накопление темной материи в их недрах теоретически должно вызывать нагрев. Холодные старые нейтронные звезды могли бы опровергнуть некоторые модели темной материи.

Последние данные миссии Gaia и проектов по поиску экзопланет, таких как JWST и будущий телескоп Nancy Grace Roman, могут сыграть ключевую роль в проверке этой теории. Астрономы также рассчитывают на гравитационно-волновые обсерватории следующего поколения, способные уловить следы миниатюрных черных дыр.

Критики модели обращают внимание на сложность distinguishing подобных событий от других катастрофических процессов, например, столкновений с астероидами. Однако авторы работы уверены: статистический анализ тысяч экзопланет, особенно в галактическом центре, поможет выявить аномалии, характерные именно для воздействия темной материи.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review D 20 августа 2025 года.