شاید تاکنون منظومه‌های سیاره‌ای زیادی را مشابه منظومه‌ی شمسی کشف نکرده‌ باشیم. بااین‌حال تمام آن‌ها یک ویژگی مشترک دارند: همه از ماده‌ی معمولی باریونی تشکیل شده‌اند.

اما چه می‌شود اگر سیاره‌هایی وجود داشته باشند که از مواد دیگری خارج از مدل استاندارد ساخته شده باشند. چه می‌شود اگر این سیاره‌ها از ماده‌ی اسرارآمیز موسوم به ماده تاریک تشکیل شده باشند؟

هیچ‌کس نمی‌تواند به این پرسش پاسخ دهد یا اینکه حداقل با دانش فعلی‌مان نمی‌توانیم این کار را انجام دهیم. اما به گزارش ساینس‌آلرت، گروهی از دانشمندان به رهبری یانگ بای، فیزیک‌دان نظری دانشگاه ویسکانسین مدیسون به دنبال کشف و بررسی چنین سیاره‌هایی هستند.

درصورت فراهم‌بودن شرایط خاص، به پرسش بالا می‌توان پاسخ مثبت داد و پژوهشگران در مقاله‌ای که در پایگاه داده‌ی پیش‌انتشار آرکایو منتشر کرده‌اند، دلیل آن را توضیح داده‌اند.

رازهای جذاب متعددی در جهان ما وجود دارد اما یکی از بزرگ‌ترین رازها، ماده تاریک است. نمی‌دانیم ماده تاریک چیست، چه ظاهری دارد یا از چه چیزی ساخته شده است. تنها فرضی که با اطمینان می‌توانیم به آن استناد کنیم این است که گرانش جهان بسیار فراتر از مقدار ماده‌ی باریونی است.

با درنظرگرفتن کهکشان‌ها، ستاره‌ها و ابرهای غبارآلود جهان متوجه می‌شویم که مقدار گرانش بسیار فراتر از این اجرام است. ما دقیقاً نمی‌دانیم عامل چنین وضعیتی چیست اما این منبع مرموز را ماده تاریک می‌نامیم. نظریه‌های کاندیدای مختلفی برای توضیح این ماده وجود دارد که دانشمندان درحال بررسی آن‌ها هستند.

گزینه‌های احتمالی ماده تاریک را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد: ذرات منفرد و ترکیباتی شامل حباب‌های ماکروسکوپی (کلان‌اندازه‌ی) ماده تاریک که ممکن است جرمشان به اندازه‌ی سیاره‌ها باشد. همان‌طور که بای و همکاران او توضیح می‌دهند، ماده تاریک ماکروسکوپی دارای جرم یا شعاع مشابه سیاره، مانند سیاره‌ای فراخورشیدی وابسته به منظومه‌ی ستاره‌ای است. گرچه ممکن است ویژگی‌های فیزیکی متفاوتی داشته باشد.

روش‌های فعلی کشف سیاره‌های فراخورشیدی مبتنی بر تأثیر سیاره بر نور ستاره‌ی میزبان هستند. می‌توان از این اطلاعات برای اندازه‌گیری ویژگی‌های سیاره‌های فراخورشیدی استفاده کرد.

به عبور سیاره‌ی فراخورشیدی از بین ما و ستاره‌ی میزبان، گذار گفته می‌شود. این پدیده اندکی نور ستاره را کاهش می‌دهد. ستاره‌شناس‌ها می‌توانند با اندازه‌گیری میزان تضعیف نور ستاره، شعاع سیاره‌ی فراخورشیدی را محاسبه کنند. سیاره‌های فراخورشیدی همچنین می‌توانند ستاره‌هایشان را اندکی جابه‌جا کنند چرا که هر دو به دور یک مرکز جاذبه‌ی مشترک می‌گردند. همچنین می‌توان تغییرات طول موج نور ستاره را آشکار کرد. از حرکت موسوم به سرعت شعاعی هم می‌توان برای محاسبه‌ی جرم سیاره‌ی فراخورشیدی استفاده کرد. ویدئوی زیر، روش محاسبه‌ی سرعت شعاعی را نشان می‌دهد.

بر اساس اندازه‌گیری‌ها می‌توان چگالی یک سیاره‌ی فراخورشیدی و ساختار آن را محاسبه کرد. چگالی پائین نشان‌دهنده‌ی وجود سیاره‌ای از نوع غول‌گازی مثل مشتری با جوی کم‌چگالی است. چگالی بیشتر مانند زمین نشان‌دهنده‌ی ترکیب سنگی است. به طور کلی سیاره‌های مشتری مانند، شعاع بیشتر و سیاره‌های زمین‌مانند شعاع کمتری دارند.

به نقل از بای و همکاران او، با روش فوق می‌توان سیاره‌های احتمالی ماده تاریک را کشف کرد. سیاره‌ی ماده تاریک احتمالاً ویژگی‌های متفاوتی نسبت به سیاره‌های معمولی دارد، به گونه‌ای که ممکن است این ویژگی‌ها با درک فعلی ما از شکل‌گیری سیاره‌ها در تضاد باشند. شاید چنین سیاره‌ای چگال‌تر از آهن‌ باشد یا دارای چگالی بسیار کمی باشد که اصلاً نتوان وجود آن را توجیه کرد. در حال حاضر چنین سیاره‌ای شناسایی نشده است، اما ستاره‌شناس‌ها رویای کشف آن را در سر دارند.

علاوه بر این، ستاره‌شناس‌ها توانسته‌اند جو سیاره‌های فراخورشیدی را بر اساس داده‌های گذار بررسی کنند. آن‌ها طیف نور ستاره‌ها را در حین گذار اندازه‌گیری می‌کنند و سپس برای جست‌وجوی طول موج‌های درخشان‌تر یا کم‌نورتر، آن را با نور معمولی ستاره مقایسه می‌کنند.

به این ترتیب بخشی از نور جذب می‌شود یا توسط مولکول‌ها در جو سیاره‌ی فراخورشیدی منتشر می‌شود؛ سپس دانشمندان می‌توانند این داده‌ها را برای شناسایی مولکول‌ها تحلیل کنند. اگر طیف گذار برخی ناهنجاری‌های جدی را آشکار کند، این روند می‌تواند نشانه‌ی وجود سیاره‌ای فراخورشیدی از جنس ماده تاریک باشد.

اگر بر اساس سرعت شعاعی، سیاره‌ی فراخورشیدی باید وارد گذار شود اما هیچ گذاری دیده نشود، می‌توان نتیجه گرفت سیاره از جنس ماده تاریک است. و اگر گذار دارای شیب موسوم به منحنی نور باشد، نشانه‌ای دیگر به دست می‌آید.

به نوشته‌ی پژوهشگرها، سیاره‌ی ماده تاریک به دلیل قدرت برهم‌کنش صفرنشدنی با ذرات مدل استاندارد، احتمالاً کاملاً مات و غیرشفاف نیست و شکل منحنی نوری آن از شکل منحنی نوری سیاره‌های معمولی، قابل تشخیص است. بای و همکاران به محاسبه‌ی ظاهر این منحنی نوری پرداختند تا به چارچوبی ساده برای تحلیل تئوری پیچیده‌تر برسند.

روش‌های مختلفی برای بهبود پژوهش وجود دارند. پژوهشگرها فعلاً صرفاً روی مدارهای مدور کارکردند؛ در حالی که بسیاری از سیاره‌های فراخورشیدی به ویژه سیاره‌هایی که در دام گرانش ستاره گرفتار می‌شوند، مدارهای بیضوی دارند و انتظار می‌رود سیاره‌های ماده تاریک هم در چنین مدارهایی قرار داشته باشند. همچنین ویژگی‌های این سیاره‌ها نسبتاً ساده حفظ شده‌اند. پژوهش‌های بیشتر درباره‌ی شکل‌گیری منظومه‌های سیاره‌ای و سیاره‌ی ماده تاریک، احتمال کشف چنین سیاره‌هایی را افزایش خواهد داد.