Se han descubierto más de 5.000 planetas fuera de nuestro sistema solar, lo que permite a los científicos explorar la evolución planetaria y considerar la posibilidad de vida extraterrestre. Ahora, una investigación de la Universidad de California, Riverside, publicada en Physical Review D, demuestra que los exoplanetas (planetas que orbitan estrellas fuera de nuestro sistema solar) también pueden servir como herramientas para estudiar la materia oscura.

Los investigadores estudiaron cómo la materia oscura, que constituye el 85% de la materia del universo, podría afectar a los exoplanetas del tamaño de Júpiter a lo largo del tiempo. Sus cálculos teóricos indican que las partículas de materia oscura podrían acumularse gradualmente en los núcleos de estos planetas. Aunque la materia oscura nunca se ha detectado en un laboratorio, los físicos están seguros de su existencia.

"Si las partículas de materia oscura son lo suficientemente masivas y no se aniquilan, eventualmente podrían colapsar en un pequeño agujero negro", dijo Mehrdad Phoroutan-Mehr, estudiante de posgrado del Departamento de Física y Astronomía y primer autor del artículo, quien trabajó con el profesor de Física y Astronomía Hai-Bo Yu.

"Ese agujero negro podría crecer y consumir todo el planeta, convirtiéndolo en un agujero negro con la misma masa que el planeta original. Este resultado solo es posible bajo modelos de materia oscura superpesada y no aniquilante".

Según el modelo de materia oscura superpesada y no aniquilante, las partículas de materia oscura son extremadamente masivas y no se destruyen entre sí al interactuar. Los investigadores se centraron en este modelo para mostrar cómo las partículas de materia oscura superpesada podrían ser capturadas por exoplanetas, perder energía y desplazarse hacia sus núcleos. Allí, se acumulan y colapsan en un agujero negro.

"Los agujeros negros podrían formarse en escalas de tiempo observables en exoplanetas gaseosos de diferentes tamaños, temperaturas y densidades, e incluso podrían producirse múltiples agujeros negros durante la vida de un exoplaneta", dijo Phoroutan-Mehr. "Estos resultados sugieren que los estudios de exoplanetas podrían usarse para buscar partículas de materia oscura superpesada, especialmente en regiones como el centro de nuestra galaxia, donde se sospecha que la materia oscura es abundante".

Tara Fetherolf, investigadora postdoctoral del Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetas, también participó en el estudio de Phoroutan-Mehr.

Phoroutan-Mehr explicó que, hasta ahora, los astrónomos solo han detectado agujeros negros con masas mayores que la del Sol. Dijo que la mayoría de las teorías existentes sostienen que los agujeros negros deben tener al menos la masa del Sol.

"Descubrir un agujero negro con una masa comparable a la de un planeta sería un gran avance", agregó. "Apoyaría el argumento de nuestro artículo y proporcionaría una explicación alternativa a la teoría ampliamente aceptada de que los agujeros negros del tamaño de un planeta solo podrían haberse formado en el universo primitivo".

Phoroutan-Mehr señaló que los exoplanetas no se han utilizado ampliamente en la investigación de la materia oscura, principalmente porque los científicos no tienen suficientes datos sobre ellos.

"Pero en los últimos años, nuestro conocimiento sobre los exoplanetas se ha expandido enormemente, y varias próximas misiones espaciales proporcionarán observaciones más detalladas", dijo. "A medida que estos datos sigan creciendo, los exoplanetas podrían usarse para probar y desafiar diferentes modelos de materia oscura".

Phoroutan-Mehr dijo que en el pasado, los científicos estudiaron la materia oscura observando objetos como el Sol, estrellas de neutrones y enanas blancas, porque diferentes modelos de materia oscura afectan a estos objetos de manera diferente. Por ejemplo, algunos modelos sugieren que la materia oscura podría calentar las estrellas de neutrones.

"Por lo tanto, si observamos una estrella de neutrones antigua y fría, podría descartar ciertas propiedades de la materia oscura, ya que teóricamente se espera que la materia oscura las caliente", dijo.

Agregó que el hecho de que muchos exoplanetas (y Júpiter en nuestro sistema solar) no se hayan colapsado en agujeros negros podría ayudar a los científicos a descartar o refinar modelos de materia oscura, como el modelo de materia oscura superpesada y no aniquilante.

"Si los astrónomos descubren un grupo de agujeros negros del tamaño de un planeta, proporcionaría evidencia sólida para el modelo de materia oscura superpesada y no aniquilante", dijo Phoroutan-Mehr. "A medida que continuamos recopilando más datos y estudiando planetas individuales con mayor detalle, los exoplanetas podrían ofrecer información clave sobre la naturaleza de la materia oscura".

Phoroutan-Mehr señaló que otro posible efecto de la materia oscura en los exoplanetas (y posiblemente también en los planetas de nuestro sistema solar) es que podría calentarlos o hacer que emitan radiación de alta energía.

"Los instrumentos actuales no son lo suficientemente sensibles para detectar estas señales", dijo, "pero futuros telescopios y misiones espaciales podrían capturarlas".