Тёмная материя может служить источником энергии для планет
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,
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.
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.
Интенсивность захвата частиц тёмной материи землеподобной планетой, выраженная в единицах мощности. Предполагается, что планета находится в нашей области Галактики. (Иллюстрация авторов работы.) |
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
«Сама идея мне нравится, — признаётся не принимавший участия в исследовании сотрудник
Интенсивность захвата частиц планетой, которая находится в десяти парсеках от центра карликовой сфероидальной галактики (слева) или Млечного Пути. В первом случае плотность тёмной материи считается равной 150 ГэВ/см3, во втором — 825 ГэВ/см3. Как видим, интенсивность захвата на много порядков превосходит значения, указанные на предыдущем рисунке. (Иллюстрация авторов работы.) |
Подготовлено по материалам
Нет комментариев.
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.