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Wir haben möglicherweise nicht so viele Planetensysteme gefunden wie unser eigenes Sonnensystem. Eines scheinen sie jedoch gemeinsam zu haben: Sie scheinen aus guter, gewöhnlicher baryonischer Materie zu bestehen – Sie wissen schon, dem Stoff, aus dem unser Planetensystem besteht.
Aber was, wenn es Planeten gibt, die aus anderen Dingen bestehen: Teilchen außerhalb des Standardmodells? Was, wenn es Planeten gibt, die aus einer mysteriösen Substanz bestehen, die wir Dunkle Materie nennen?
Niemand kann diese Frage so oder so beantworten, zumindest nicht mit unserem derzeitigen Wissen. Aber ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung des theoretischen Physikers Yang Pei von der University of Wisconsin-Madison wollte wissen, wie diese hypothetischen Planeten aussehen würden – und ob wir sie entdecken könnten, wenn sie real wären.
Die kurze Antwort lautet ja, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, und die Forscher erklären warum in einem Papier Veröffentlicht auf dem Prepress-Server arXiv.
Es gibt viele herausragende Geheimnisse in diesem Universum, in dem wir leben, aber dunkle Materie muss eines der größten sein. Wir wissen nicht, was dunkle Materie ist, und wir wissen nicht, wie sie aussieht oder woraus sie besteht. Das Einzige, was wir mit Sicherheit wissen, ist, dass die Schwerkraft im Universum die Menge an baryonischer Materie erheblich übersteigt.
Sobald Sie jede Galaxie, jeden Stern und jede Staubwolke berücksichtigen, die still und dunkel zwischen den Sternen treiben, gibt es immer noch mehr Schwerkraft, als es sein sollte. Wir wissen nicht, was dafür verantwortlich ist, aber wir nennen diese mysteriöse Quelle dunkle Materie, und es gibt mehrere theoretische Kandidaten, die Wissenschaftler untersuchen.
Im Allgemeinen können diese Kandidaten in zwei Kategorien eingeteilt werden: Einzelmoleküle und Verbindungen, inkl mit bloßem Auge Blobs dunkler Materie oder Makros können planetenweite Massen haben. und als Pai und Kollegen Erklären„Ein makroskopischer Zustand dunkler Materie mit einer Masse und/oder einem Radius ähnlich dem eines Planeten würde sich wie ein dunkler Exoplanet verhalten, wenn er auf ein Sternensystem beschränkt wäre, selbst wenn die zugrunde liegende Physik des Objekts etwas ganz anderem ähnelte.“
Unsere aktuellen Methoden zur Erkennung von Exoplaneten hängen derzeit weitgehend vom Einfluss eines Exoplaneten auf das Licht seines Wirtssterns ab. Wir können diese Informationen auch verwenden, um die Eigenschaften von Exoplaneten zu messen.
Ein Exoplanet, der zwischen uns und seinem Stern vorbeizieht, eine Passage, die als Transit bezeichnet wird, lässt das Licht des Sterns leicht schwächer werden. Astronomen können die Tiefe der Verdunkelung messen, um den Radius eines Exoplaneten zu berechnen. Exoplaneten bewirken auch, dass sich ihre Sterne leicht bewegen, da sich die beiden um einen gemeinsamen Schwerpunkt bewegen, was an Änderungen der Wellenlänge des Lichts des Sterns erkennbar ist. Das Ausmaß der Bewegung, Radialgeschwindigkeit genannt, kann verwendet werden, um die Masse eines Exoplaneten zu berechnen.
Mit diesen Messungen können wir die Dichte eines Exoplaneten berechnen und damit bestimmen, wie er aufgebaut ist. Eine geringe Dichte, wie die von Jupiter, weist auf das Vorhandensein einer massiven Atmosphäre geringer Dichte, eines Gasriesen, hin. Eine höhere Dichte, wie die der Erde, weist auf eine Felsformation hin. Im Allgemeinen hat ersteres einen größeren Radius und letzteres einen kleineren.
Laut Bai und seinen Kollegen könnte dies genutzt werden, um potenzielle Exoplaneten aus dunkler Materie zu entdecken. Exoplaneten aus dunkler Materie können andere Eigenschaften haben als von gewöhnlichen Exoplaneten erwartet, und zwar in einer Weise, die unser derzeitiges Verständnis der Planetenentstehung in Frage stellt. Sie könnten zum Beispiel einen Exoplaneten bekommen, der dichter als Eisen ist, oder einen Planeten mit so geringer Dichte, dass seine Existenz schwer zu erklären ist.
Derzeit wurden keine solchen Ausreißer identifiziert, aber die Welt kann träumen.
Darüber hinaus konnten Astronomen die Atmosphären von Exoplaneten anhand von Transitdaten untersuchen. Sie messen das Lichtspektrum des Sterns während des Transits und vergleichen es mit dem normalen Licht des Sterns, wobei sie nach den hellsten und schwächsten Wellenlängen suchen.
Dies weist darauf hin, dass ein Teil des Lichts von Molekülen in der Atmosphäre des Exoplaneten absorbiert und/oder wieder emittiert wurde; Wissenschaftler können diese Daten analysieren, um festzustellen, um welche Moleküle es sich handelt. Wenn das Transitspektrum einige schwerwiegende Anomalien zeigt, könnte dies auf das Vorhandensein von Dunkler Materie außerhalb des Sonnensystems hindeuten.
Wenn die Radialgeschwindigkeit anzeigt, dass ein Exoplanet passieren sollte, und dann kein Transit beobachtet wird, könnte dies ein Hinweis auf Exoplaneten aus dunkler Materie sein. Und wenn die als Lichtkurve bekannte transiente Regression eine unerwartete Form aufweist, könnte auch das ein Hinweis sein.
„Aufgrund seiner geringen, aber nicht verblassenden Wechselwirkungskraft mit Partikeln des Standardmodells ist ein Exoplanet aus dunkler Materie möglicherweise nicht vollständig undurchsichtig, wodurch sich die Form seiner Lichtkurve von der eines normalen Exoplaneten unterscheidet.“ schreiben die Forscher.
Bai und seine Kollegen berechneten, wie die Lichtkurve aussehen könnte, und legten damit die einfache Grundlage für eine komplexere theoretische Analyse.
Das Team stellt fest, dass es mehrere Möglichkeiten gibt, das Geschäft zu verbessern. Sie dachten zum Beispiel nur an Kreisbahnen; Viele Exoplaneten haben jedoch elliptische Umlaufbahnen, insbesondere diejenigen, die möglicherweise in der Schwerkraft des Sterns eingefangen wurden, wie man es von Exoplaneten aus dunkler Materie erwarten könnte. Auch die Eigenschaften des Planeten sind relativ einfach gehalten.
„Eine weitere Untersuchung der Sternsystembildung und früher Exoplaneten aus dunkler Materie und des extrasolaren Einfangens von dunkler Materie würde helfen, die Möglichkeit zu klären, Exoplaneten aus dunkler Materie zu entdecken, und wäre notwendig, um die Häufigkeit dunkler Materie außerhalb des Sonnensystems zu begrenzen, wenn sie nicht entdeckt wird. “ schlossen die Forscher.
Das Papier ist auf einem Prepress-Server verfügbar arXiv.
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