Temná hmota tvoří významnou část hmoty vesmíru, ačkoli její přesná povaha zůstává neznámá. Na její přítomnost se usuzuje pouze na základě gravitačního působení na viditelnou hmotu. Navzdory desetiletím pátrání se dosud nepodařilo tuto nepolapitelnou látku přímo detekovat. Její vliv je však klíčový pro pochopení struktury a vývoje vesmíru, neboť se odhaduje, že tvoří asi 27 % vesmíru, zatímco běžná hmota, kterou známe, tvoří 5 %.
Souběžně s tím astrofyzici studují další nebeská tělesa, jako jsou hnědí trpaslíci . Tyto objekty leží na půli cesty mezi obřími planetami a hvězdami, aniž by dosahovaly dostatečné hmotnosti k zahájení jaderné fúze vodíku , která je pro ně charakteristická. Zůstávají chladnými a slabými tělesy, která díky nízké povrchové teplotě vyzařují světlo především v infračerveném spektru.
Nejnovější výzkumy naznačují, že hnědí trpaslíci mohou být ideálním místem pro hostování temné hmoty zvláštním způsobem. V prostředí, kde je hustota temné hmoty vysoká, by se temná hmota mohla hromadit v jádru hnědého trpaslíka a měnit jeho chování. Tento jev by mohl poskytnout vodítka o povaze temné hmoty a jejích interakcích s viditelnou hmotou.
Výzkum naznačuje, že tyto objekty, teoreticky nazývané „temní trpaslíci“, by mohly vzniknout, když se v centru hnědého trpaslíka nahromadí temná hmota a její částice navzájem anihilují, čímž se uvolní energie. Množství vyprodukované energie by záviselo na množství zachycené temné hmoty a rychlosti její anihilace. Toto uvolňování energie by mohlo kompenzovat nedostatek jaderné fúze , takže temný trpaslík by byl zářivější a žhavější než typický hnědý trpaslík.
Studie navrhuje pozorovatelnou metodu detekce: hledání přítomnosti lithia-7. Tento izotop se při vysokých hvězdných teplotách rychle ničí, ale přetrvává v chladnějších objektech, jako jsou hnědí trpaslíci, kde se jeho detekce používá jako indikátor jejich subhvězdné povahy. Přítomnost lithia-7 u tmavého trpaslíka by byla známkou toho, že i přes zvýšenou jasnost nedosáhl dostatečně vysoké teploty, aby se tento izotop zničil.
Dodatečná energie z anihilace temné hmoty by však způsobila, že by se temný trpaslík jevil větší a jasnější než běžný hnědý trpaslík podobné hmotnosti a mohl by se dokonce podobat červenému trpaslíkovi. Klíčem k detekci by bylo najít objekt s charakteristikami červeného trpaslíka, který by si však zachoval lithium-7. Tento přístup by mohl přinést převrat v našem chápání hnědých trpaslíků a jejich vztahu k temné hmotě.
Tato hypotéza vyžaduje, aby temná hmota existovala ve specifické formě, například jako slabě interagující hmotné částice (WIMP). Podle této teorie by WIMPy fungovaly jako své vlastní antičástice, které by při srážce anihilovaly a uvolňovaly energii. Tento anihilační proces je pro model temných trpaslíků zásadní, protože poskytuje energii potřebnou k tomu, aby tyto objekty mohly zářit.
Uvolněná energie by se soustředila v jádru hnědého trpaslíka a poháněla by objekt. Přestože by nedosáhla hvězdné svítivosti, předčila by normálního hnědého trpaslíka a mohla by temnému trpaslíkovi zajistit konstantní velikost a jasnost po dlouhá období. Studie objasňuje, že pokud by temná hmota měla jinou formu (například axiony), tato metoda by nebyla proveditelná. Axiony na rozdíl od WIMPů neanihilují stejným způsobem, což by omezilo jejich schopnost generovat energii.
Výzkum zdůrazňuje důležitost zkoumání různých možností detekce temné hmoty. Autoři naznačují, že nejslibnější oblastí pro hledání signatur těchto hypotetických temných trpaslíků by byla oblast směrem ke středu naší galaxie , kde se očekává vyšší hustota temné hmoty. Tato oblast je bohatá na složité astrofyzikální jevy, což by mohlo usnadnit pozorování těchto unikátních objektů.