Вчені пояснили, чому темна матерія не розплавила Землю зсередини

Нове дослідження, опубліковане у фаховому віснику Phys­i­cal Review D, показує, що відсутність розплавленого ядра Землі допомагає виключити певні моделі темної матерії. Фізики Крістофер Капп’єлло та Тансу Дайлан з Вашингтонського університету розрахували, що за певних умов анігіляція частинок темної матерії могла б створити “темне інферно” всередині планети.

Темна матерія теоретично має концентруватися там, де гравітаційні сили найсильніші — в центрах галактик, зірок і планетних ядрах. Якщо частинки темної матерії та антиматерії зустрічаються, вони анігілюють, виділяючи енергію, що перетворюється на тепло. Швидкість анігіляції зростає пропорційно квадрату густини темної матерії.

Виявити таку теплову енергію надзвичайно складно, оскільки вона змішується з теплом від радіоактивного розпаду урану й торію в ядрі. Проте якщо анігіляція була б достатньо інтенсивною, вона могла б нагріти ядро настільки, щоб розтопити його частину.

На основі сейсмічних даних вчені встановили, що внутрішнє тверде ядро має радіус близько 1250 кілометрів. За розрахунками дослідників, “прихована” рідка зона діаметром до 400 кілометрів могла б залишитися непоміченою навіть сучасними методами. Це встановлює верхню межу енергії, яку потенційно може виділяти такий процес — приблизно 20 терават.

Дослідження допомагає обмежити можливі властивості темної матерії. Якби вона мала більшу масу або щільність, анігіляція в центрі Землі призвела б до теплового ефекту, який можна зафіксувати. Оскільки цього не відбувається, певні моделі темної матерії можна виключити.

Автори застерігають про обмеження підходу. Якщо темна матерія складається переважно зі звичайних частинок без антипар, або якщо більшість енергії при анігіляції переходить у нейтрино, які майже не взаємодіють з речовиною, ефект буде занадто слабким для виявлення.

Таким чином, відсутність “темного пекла” всередині Землі стає непрямим способом звузити коло пошуків природи темної матерії. Замість прямого виявлення частинок, вчені спостерігають за тим, чого темна матерія не робить, що також надає цінну інформацію про її властивості.

Варто підкреслити, що це теоретичне дослідження базується на припущеннях про властивості темної матерії, які досі не підтверджені експериментально. Природа темної матерії залишається однією з найбільших загадок сучасної фізики.