太阳系外已发现超过5000颗行星，这使得科学家们能够探索行星的演化，并思考外星生命存在的可能性。如今，加州大学河滨分校发表在《物理评论D》上的一项研究表明，系外行星(即围绕太阳系外恒星运行的行星)也可以作为研究暗物质的工具。

研究人员研究了占宇宙物质85%的暗物质如何在长期内影响木星大小的系外行星。他们的理论计算表明，暗物质粒子可能会逐渐聚集在这些行星的核心。尽管暗物质从未在实验室中被探测到，但物理学家们确信它的存在。

“如果暗物质粒子足够重并且没有湮灭，它们最终可能会坍缩成一个微小的黑洞，”论文第一作者、物理和天文学系研究生 Mehrdad Phoroutan-Mehr 说，他与物理学和天文学教授 Hai-Bo Yu 一起工作。

“这个黑洞可能会不断膨胀，吞噬整个行星，使其成为与原行星质量相同的黑洞。这种结果只有在超重非湮灭暗物质模型下才有可能。”

根据超重非湮灭暗物质模型，暗物质粒子质量极大，相互作用时不会相互毁灭。研究人员专注于该模型，以展示超重暗物质粒子如何被系外行星捕获、损失能量并漂移至其核心。在那里，它们积聚并坍缩成黑洞。

“在不同大小、温度和密度的气态系外行星中，黑洞都可能在可观测的时间尺度上形成，甚至可能在一颗系外行星的生命周期内产生多个黑洞，”Phoroutan-Mehr说道。“这些结果表明，系外行星巡天可以用来寻找超重暗物质粒子，尤其是在像我们银河系中心这样被推测富含暗物质的区域。”

地球与行星科学系博士后研究员 Tara Fetherolf 也参与了 Phoroutan-Mehr 的研究。

福鲁坦-梅尔解释说，到目前为止，天文学家只探测到了质量大于太阳的黑洞。他说，大多数现有理论认为黑洞的质量至少要达到太阳的水平。

“发现一个质量与行星相当的黑洞将是一个重大突破，”他补充道。“它将支持我们论文的论点，并为普遍接受的理论——行星大小的黑洞只能在早期宇宙中形成——提供一种替代解释。”

Phoroutan-Mehr 表示，系外行星在暗物质研究中没有得到广泛应用，主要是因为科学家没有足够的关于它们的数据。

“但近年来，我们对系外行星的了解已大幅扩展，即将进行的几项太空任务将提供更详细的观测数据，”他说。“随着这些数据的不断增长，系外行星可以用来测试和挑战不同的暗物质模型。”

Phoroutan-Mehr 表示，过去科学家通过观察太阳、中子星和白矮星等物体来研究暗物质，因为不同的暗物质模型会以不同的方式影响这些物体。例如，一些模型认为暗物质可以加热中子星。

“因此，如果我们观察一颗古老而寒冷的中子星，它可能会排除暗物质的某些特性，因为理论上暗物质预计会使它们加热，”他说。

他补充说，许多系外行星(以及我们太阳系中的木星)没有坍缩成黑洞，这可以帮助科学家排除或改进暗物质模型，例如超重非湮灭暗物质模型。

“如果天文学家发现一个行星大小的黑洞群，它将为超重非湮灭暗物质模型提供强有力的证据，”Phoroutan-Mehr说道。“随着我们继续收集更多数据并更详细地研究单个行星，系外行星或许能为了解暗物质的本质提供关键的见解。”

Phoroutan-Mehr 指出，暗物质对系外行星(也可能对我们太阳系中的行星)的另一种可能影响是，它可能会使这些行星变热或导致它们发射高能辐射。

“目前的仪器灵敏度不够，无法探测到这些信号，”他说，“未来的望远镜和太空任务或许能够捕捉到它们。”

更多信息： Mehrdad Phoroutan-Mehr 等人，利用系外行星探测超重暗物质，《物理评论 D》(2025 年)。期刊信息： Physical Review D