Czy Planeta 9 faktycznie jest pierwotną czarną dziurą?

Wrażenie artysty dotyczące Planety 9 nagualdesign; Tom Ruen / Wikimedia commons

Astronomowie są na tropie czegoś wielkiego. Ich cel ma masę od 5 do 15 razy większą od Ziemi i krąży wokół Słońca za Neptunem. To Planeta 9, ostatnie nieodkryte ciało orbitujące w Układzie Słonecznym. A jego odkrycie spodziewane jest w niezbyt odległej przyszłości.

Powodem ekscytacji jest rosnący dowód na to, że Planeta 9 musi tam być. Astronomowie widzą, że inne ciała transneptunowe – asteroidy, komety i tym podobne – zdają się skupiać razem we wzorcach, których nie da się łatwo wytłumaczyć, chyba że w jakiś sposób prowadzi je duża planeta.

Ten dowód wskazuje na masę planety, ale sugeruje również, że musi być daleko – być może 250 razy większa od Ziemi do Słońca, dlatego tak trudno ją dostrzec.

Ale dzisiaj astronomowie twierdzą, że może istnieć inny powód, dla którego nikt nie widział Planety 9: ponieważ może to wcale nie być planeta. Zamiast tego, jak mówią, nasz Układ Słoneczny może krążyć wokół pierwotnej czarnej dziury – supergęstej bryły materii wielkości piłki tenisowej. A jeśli tak jest, to musimy go szukać w zupełnie inny sposób.

Najpierw trochę tła. Kosmolodzy od dawna przypuszczali, że wczesny wszechświat był wypełniony fluktuacjami kwantowymi, które powodowały koncentrację materii w niektórych regionach, a nieobecność w innych.

Niektóre z tych regionów byłyby rozległe, powodując powstawanie całych galaktyk. Ale większość byłaby malutka, a wiele z nich miałoby wystarczającą masę, by zatrzymać światło – innymi słowy, by utworzyć czarne dziury.

Te tak zwane pierwotne czarne dziury są całkowicie różne od tych powstałych w wyniku kolapsu dużych gwiazd lub supermasywnych, które szaleją w centrach galaktyk (i które zostały ostatnio sfotografowane po raz pierwszy).

Zamiast tego pierwotne czarne dziury są małe i liczne, ale trudne do zauważenia. Rzeczywiście, niewiele jest dowodów na ich istnienie.

Pierwotna czarna dziura o masie pięciu Ziemi (rzeczywisty rozmiar 5 cm)

Przynajmniej tak było do początku tego roku, kiedy astronomowie donieśli o wielu zagadkowych obserwacjach wskazujących na możliwość, że pierwotne czarne dziury mogą być jednak powszechne.

Obserwacje te pochodzą z eksperymentu zwanego Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE), który szuka zmian w jasności odległych gwiazd i galaktyk spowodowanych soczewkowaniem grawitacyjnym. Jest to stosunkowo rzadkie zjawisko, w którym duża masa skupia światło obiektu znajdującego się za nim, działając jak soczewka. Jeśli te obiekty ustawią się w taki sposób, że Ziemia znajdzie się w centralnym punkcie, astronomowie otrzymają za darmo powiększony widok bardziej odległego obiektu.

Większość soczewek grawitacyjnych jest ogromnych — na przykład całe galaktyki skupiają światło z jeszcze bardziej odległych galaktyk znajdujących się za nimi. Ale OGLE zauważył wiele soczewek, które wydają się być znacznie mniejsze i bliższe, siedzące w naszej własnej galaktyce. Obiekty te są bardzo zwarte i mają masę około pięciu razy większą od Ziemi.

Nikt nie wie, czym one są, ale jedną z możliwości jest to, że są to pierwotne czarne dziury. Jeśli tak, to nasz wszechświat musi być nimi wypełniony.

Możliwość ta zwróciła uwagę Jakuba Scholtza z Durham University w Wielkiej Brytanii i Jamesa Unwina z University of Illinois w Chicago. Jeśli zdarzenia OGLE są spowodowane populacją pierwotnych czarnych dziur, to możliwe jest, że anomalie orbitalne obiektów transneptunowych są również spowodowane jedną z tych pierwotnych czarnych dziur, która została przechwycona przez Układ Słoneczny. Jeśli tak jest, jesteśmy znacznie bliżej pierwotnej czarnej dziury, niż kiedykolwiek sobie wyobrażaliśmy.

Scholtz i Unwin badają dziś ten pomysł. Mówią, że Planeta 9 mogła osiągnąć swoją obecną pozycję tylko na jeden z trzech sposobów. Po pierwsze, powstało w tym odległym miejscu. Jest to jednak mało prawdopodobne, ponieważ od powstania Układu Słonecznego nie było wystarczająco dużo czasu, aby w tej odległości nastąpiła niezbędna akrecja.

Drugą możliwością jest to, że planeta uformowała się bliżej Słońca, a następnie została w jakiś sposób katapultowana na swoje obecne położenie. To również jest mało prawdopodobne, ponieważ wymagałoby to katastrofalnego zdarzenia, takiego jak przejście pobliskiej gwiazdy. Ale nie ma dowodów na to, że stało się to za życia Układu Słonecznego.

Ostateczna możliwość jest taka, że ​​Planeta 9 była swobodnie unoszącą się planetą przechwyconą przez pole grawitacyjne Słońca. Niewiele wiadomo na temat planet swobodnie pływających i ich liczby w galaktyce.

Ale Scholtz i Unwin zwracają uwagę, że jeśli ten rodzaj wychwytywania jest możliwy, to jest też możliwe wychwytywanie pierwotnej czarnej dziury. Twierdzimy, że chociaż prawdopodobieństwo przechwycenia pierwotnej czarnej dziury o masie Ziemi jest niskie, nie jest to bardziej nieprawdopodobne niż przechwycenie swobodnie unoszącej się planety o podobnej masie.

Następnie obliczają prawdopodobieństwo wychwycenia na podstawie liczby pobliskich pierwotnych czarnych dziur, które sugerują obserwacje OGLE.

Jedną z konsekwencji tej teorii jest to, że Planeta 9 będzie niemożliwa do wykrycia za pomocą teleskopów w świetle widzialnym i podczerwonym. Oznacza to, że obecne poszukiwania planety przez astronomów są skazane na niepowodzenie.

Pierwotna czarna dziura miałaby zupełnie inną sygnaturę, mówią Scholtz i Unwin. Postawili hipotezę, że będzie otoczony halo ciemnej materii i że anihilacja cząstek ciemnej materii wygeneruje promienie gamma.

Ten sygnał może być nawet na tyle silny, aby mógł być obserwowany przez Kosmiczny Teleskop Fermi Gamma Ray. Scholtz i Unwin mówią, że planują szukać tego sygnału w danych Fermiego w pewnym momencie w przyszłości.

To fascynująca praca, która zapewnia zupełnie nową perspektywę na Planetę 9 i to, jak astronomowie powinni jej szukać. Rodzi to również perspektywę, że jeden z naszych sąsiadów jest bardziej egzotyczny, niż ktokolwiek sobie wyobrażał. Pierwotna czarna dziura na naszym progu? Pomyśl o tym!

Nr ref.: arxiv.org/abs/1909.11090 : A jeśli Planeta 9 jest pierwotną czarną dziurą?

ukryć