I pianeti al di fuori del nostro Sistema Solare sono formati solo da particelle ordinarie che conosciamo o potrebbero essere composti anche da particelle di materia oscura?

È la domanda a cui ha provato a rispondere Yang Bai, fisico teorico, con un team di ricercatori dell’Università del Wisconsin-Madison, in un paper scientifico pubblicato di recente. Gli scienziati, oltre a proporre l’idea dell’esistenza degli esopianeti oscuri, esplorano metodi per la loro rilevazione.

La materia oscura è uno dei problemi irrisolti del secolo. Sappiamo davvero poco riguardo questo contributo di materia presente nel nostro Universo, nonostante essa rappresenti circa l’85% della massa totale presente nel cosmo. L’idea che hanno esplorato questi ricercatori potrebbe tornare utile per capire meglio la natura del problema.

Materia oscura ed esopianeti

Sappiamo che la materia oscura non emette radiazione elettromagnetica: non interagisce con la luce, quindi non è luminosa. Di conseguenza, anche gli esopianeti di materia oscura interagiranno con la luce diversamente rispetto ai normali esopianeti.

I candidati alla spiegazione di cos’è la materia oscura possono essere approssimativamente divisi in due categorie: stati di particelle singole, o compositi. Quest’ultima possibilità contiene, scrivono gli scienziati del team di Bai, “materia oscura macroscopica che se avesse massa e/o raggio simili a quelli di un pianeta si comporterebbe come un esopianeta oscuro se legato ad un sistema stellare, anche se la fisica sottostante dell’oggetto sarebbe di natura diversa”.

I metodi attuali per la rilevazione degli esopianeti ordinari sono principalmente basati sugli effetti che l’esopianeta produce sulla luce emessa dalla stella attorno a cui orbita. Si può pensare di sfruttare gli stessi meccanismi anche per la rilevazione degli esopianeti oscuri.

In particolare, il team si è concentrato sullo studio della variazione di luminosità della curva di luce della stella durante il passaggio, o transito, del pianeta di fronte a essa. Questa variazione può rivelare informazioni sulle dimensioni dell’esopianeta, sulla sua orbita e sul suo raggio.

Nonostante gli esopianeti di materia oscura avrebbero proprietà diverse rispetto gli esopianeti ordinari, questi oggetti, come si legge sul paper scientifico, ”potrebbero sì avere un’interazione molto piccola con le particelle del Modello Standard, ma non necessariamente nulla. Perciò l’esopianeta oscuro potrebbe essere non completamente opaco, rendendo distinguibile la sua curva di luce con quella di un esopianeta ordinario”.

Rilevare esopianeti oscuri

Attraverso il metodo del transito, gli scienziati hanno dimostrato come distinguere gli esopianeti oscuri, parzialmente trasparenti, dagli esopianeti ordinari, completamente opachi, utilizzando sia i dati degli esopianeti osservati, sia i dati fittizi degli esopianeti oscuri. L’analisi mostra che gli esopianeti oscuri con un raggio superiore al 10% del raggio della stella potrebbero essere identificati con la sensibilità dei telescopi attuali.

Inoltre, gli astronomi stanno studiando le atmosfere di alcuni esopianeti sulla base dei dati del transito. Misurando lo spettro della luce emessa dalla stella durante questi transiti, confronteranno questi dati con la luce della stella emessa normalmente, per rilevare anomalie nelle lunghezze d’onda. Attraverso l’analisi di questa luce è possibile determinare quale parte della radiazione sia stata assorbita e/o riemessa dalle molecole presenti nell’atmosfera del pianeta, per determinarne così la composizione. Se dovessero presentarsi gravi anomalie, ciò potrebbe indicare la presenza di un esopianeta oscuro.

Infine, un esopianeta che passa vicino alla sua stella dovrebbe indurre una debole (ma percepibile) variazione del suo moto. Questa quantità si chiama velocità radiale. Se con questo metodo si supponesse l’esistenza di un esopianeta, ma il transito non si verificasse, questo potrebbe essere un indizio che indica la presenza di esopianeti composti di materia oscura.

Le sorprese potrebbero essere dietro l’angolo

Attualmente non sono state identificate anomalie, ma attraverso migliorie di questo studio ed estendendo i calcoli delle approssimazioni fatte, questa ipotesi potrebbe riservarci sorprese.

Ulteriori studi sulla formazione dei sistemi stellari con esopianeti oscuri e indagini sulla possibile cattura di questi da parte di stelle, potranno aiutarci a chiarire la possibilità di rilevarli. Potranno inoltre fornirci limiti sulla presenza e abbondanza di questi esopianeti nell’Universo.

Lo studio completo è reperibile qui.