Impresión artística del objeto hipotético Planet Nine del Sistema Solar. (Nagualdesign/Tomruen/Wikimedia Commons)Es posible que no hayamos encontrado muchos sistemas planetarios como nuestro propio Sistema Solar . Aún así, hay una cosa que sí parecen tener en común: parecen estar hechos de buena materia bariónica ordinaria, ya sabes, la materia de la que está hecho nuestro sistema planetario.
Pero, ¿y si hay planetas que están hechos de otras cosas: partículas fuera del modelo estándar ? ¿Qué pasa si hay planetas hechos de la materia misteriosa que llamamos materia oscura ?
Nadie puede responder a esa pregunta de una forma u otra, al menos no con nuestro conocimiento actual. Pero un equipo de científicos dirigido por el físico teórico Yang Bai de la Universidad de Wisconsin-Madison quería saber cómo se manifestarían estos planetas hipotéticos, y si podríamos detectarlos si son reales.
La respuesta corta es sí, si se cumplen ciertas condiciones, y los investigadores explicaron por qué en un artículo publicado en el servidor de preimpresión arXiv .
Hay muchos misterios pendientes en este Universo nuestro, pero uno de los más grandes tiene que ser la materia oscura. No sabemos qué es la materia oscura, y no sabemos cómo se ve o de qué está hecha. Lo único que sabemos con certeza es que la gravedad en el Universo excede seriamente la cantidad de materia bariónica.
Una vez que haya tenido en cuenta cada galaxia, cada estrella y cada nube de polvo que se desplaza en silencio y oscuridad entre las estrellas, todavía hay mucha más gravedad de la que debería haber. No sabemos a qué se debe, pero llamamos a esa fuente misteriosa materia oscura, y hay varios candidatos teóricos que los científicos están investigando.
En términos generales, estos candidatos se pueden dividir en dos categorías: partículas individuales y compuestos, que incluyen manchas macroscópicas de materia oscura, o Macros, que podrían tener masas a escala planetaria. Y, como explican Bai y sus colegas, “un estado macroscópico de materia oscura con su masa y/o radio similar a los de un planeta se comportará como un exoplaneta oscuro si está limitado a un sistema estelar, incluso si la física subyacente del objeto se asemeja a algo completamente diferente”.
Nuestros métodos actuales para detectar exoplanetas se basan en gran medida, en la actualidad, en el efecto que tiene un exoplaneta sobre la luz de su estrella anfitriona. También podemos usar esta información para medir las propiedades del exoplaneta.
Un exoplaneta que pasa entre nosotros y su estrella, un pasaje conocido como tránsito, hará que la luz de la estrella se atenúe un poco. Los astrónomos pueden medir la profundidad de la atenuación para calcular el radio del exoplaneta. Los exoplanetas también hacen que sus estrellas se muevan un poco, ya que los dos se mueven alrededor de un centro de gravedad mutuo, detectable en los cambios en la longitud de onda de la luz de la estrella. La cantidad de movimiento, llamada velocidad radial, se puede usar para calcular la masa del exoplaneta.
Animación que muestra cómo se mide la velocidad radial. (Alysa Obertas/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)
Con estas medidas en la mano, podemos calcular la densidad de un exoplaneta y así determinar cómo está construido. Una baja densidad, como la de Júpiter , implica una enorme atmósfera de baja densidad, un gigante gaseoso. Una mayor densidad, como la de la Tierra, implica una composición rocosa. Generalmente, el primero tiene radios más grandes y el segundo más pequeño.
Según Bai y sus colegas, esto podría usarse para detectar posibles exoplanetas de materia oscura. Un exoplaneta de materia oscura podría tener propiedades diferentes a las esperadas de los exoplanetas ordinarios en formas que desafían nuestra comprensión actual de la formación de planetas. Puede obtener un exoplaneta más denso que el hierro, por ejemplo, o uno de tan baja densidad que su existencia es imposible de explicar.
Actualmente, no se han identificado tales valores atípicos, pero un científico puede soñar.
Además, los astrónomos han podido sondear las atmósferas de los exoplanetas basándose en datos de tránsito. Miden el espectro de luz de la estrella durante los tránsitos y lo comparan con la luz de la estrella normalmente, buscando longitudes de onda más tenues y más brillantes.
Esto significa que algo de luz ha sido absorbida y/o reemitida por moléculas en la atmósfera del exoplaneta; los científicos pueden analizar estos datos para determinar cuáles son esas moléculas. Si el espectro de tránsito revela algunas anomalías graves, eso podría indicar la presencia de un exoplaneta de materia oscura.
Si la velocidad radial sugiere que un exoplaneta debería transitar, y luego no se observa ningún tránsito, eso podría ser una pista que apunta a exoplanetas de materia oscura. Y si una depresión de tránsito, conocida como curva de luz, muestra una forma inesperada, eso también podría ser una pista.
“Debido a su fuerza de interacción pequeña pero constante con las partículas del modelo estándar, el exoplaneta de materia oscura puede no ser completamente opaco, lo que hace que la forma de una curva de luz se distinga de la de un exoplaneta ordinario”, escriben los investigadores .
Bai y sus colegas calcularon cómo podría verse esta curva de luz, sentando las bases simples para un análisis teórico más complejo.
Hay varias formas en que se podría mejorar el trabajo, señala el equipo. Solo han considerado órbitas circulares, por ejemplo; muchos exoplanetas, sin embargo, tienen órbitas elípticas, especialmente aquellos que pueden haber sido capturados en la gravedad de una estrella, como cabría esperar que sean los exoplanetas de materia oscura. Además, las propiedades de los planetas se han mantenido relativamente simples.
“Estudios adicionales sobre la formación de sistemas estelares y exoplanetas de materia oscura temprana y la captura de exoplanetas de materia oscura ayudarían a dilucidar la posibilidad de detectar exoplanetas de materia oscura y serían necesarios para establecer límites en la abundancia de exoplanetas de materia oscura si no se detectan”. concluyen los investigadores .