Dwóch fizyków uważa, że powinniśmy sprawdzić, czy w naszym Układzie Słonecznym ukryta jest starożytna czarna dziura wielkości grejpfruta. I ten niewielki, ciężki przedmiot może faktycznie zająć miejsce teoretycznej planety, która zdaniem niektórych badaczy może pociągać za inne obiekty w naszym Układzie Słonecznym, tak zwaną Planetę 9.
Czy to oznacza, że w naszym kącie kosmicznym kryje się czarna dziura? Nie, powiedzieli naukowcy.
Ale zgromadzili argument za jego istnieniem, który ich zdaniem jest na tyle przekonujący, że warto się nim przyjrzeć.
Oto jak to wygląda:
Daleko w zewnętrznych obszarach Układu Słonecznego, w przeszłości, gdzie Neptuna, nasza najbardziej znana planeta, krąży, znajduje się garstka małych obiektów, które zachowują się dziwnie. Te „obiekty transnuptunijskie” (TNO) gromadą się w nietypowy sposób i mają tendencję do wirowania wokół osi, które wskazują na jeden szeroki pas nieba, z dala od większych znanych planet. Co ważne, TNO krążą wokół innej płaszczyzny niż osiem znanych planet. Sugeruje to, że coś innego przyciąga ich grawitacją.
Niektórzy astronomowie przyjrzeli się temu dziwnemu wzorowi, przeprowadzili obliczenia i doszli do wniosku, że musi istnieć inna planeta, która ma masę od 10 do 20 razy większą od Ziemi i porusza się po niepewnej orbicie, która przenosi ją setki razy w stosunku do Ziemi słońce. Jest to dziwna teoria, zwykle zwana „Planetą 9”, ale taka, którą astronomowie traktują poważnie. Polowanie na planetę 9 trwa od lat, a astronomowie wykorzystują światło widzialne i teleskopy podczerwieni do skanowania najbardziej oddalonych części Układu Słonecznego.
„Uświadomiliśmy sobie, że grawitacja jest najważniejsza” - powiedział Jakub Scholtz, fizyk z Durham University w Anglii i jeden z dwóch astronomów stojących za tym pomysłem. „Nie musi to być planeta. Najbardziej przyziemnym, a może najbardziej rozsądnym wyjaśnieniem jest to, że jest to planeta. Ale jako fizycy teoretyczni wiemy, że kosmologia we wczesnym wszechświecie może bardzo łatwo wprowadzić szereg bardzo interesujących nowych teorii ciała - z których jedno… to pierwotne czarne dziury. ”
Pierwotne czarne dziury są różne
Zwykle, gdy mówimy o czarnych dziurach, mamy na myśli ogromne obiekty powstałe, gdy gigantyczne gwiazdy zapadają się w siebie, chwytając ich masy w nieskończenie gęstą osobliwość, otoczone gigantycznymi „horyzontami zdarzeń”, z których żadne światło nie może uciec. Ale niektórzy kosmolodzy uważają, że w pierwszych chwilach wszechświata, kiedy wszystko było gorące, gęste i oddalało się od Wielkiego Wybuchu, a żadne gwiazdy jeszcze się nie uformowały, czarne dziury już się pojawiały.
Te pierwotne duchy stworzenia wszechświata powstałyby, gdy kawałki tej wczesnej materii zostały zmiażdżone tak mocno, że skondensowały się w osobliwości.
„Ta część wszechświata jest tak gęsta, że staje się tylko czarną dziurą” - powiedział Scholtz Live Live.
Te czarne dziury byłyby mniejsze niż gwiezdne czarne dziury utworzone z zapadających się masywnych gwiazd, powiedział James Unwin, fizyk z University of Chicago i współautor artykułu. Według niektórych modeli byłyby tylko kilka razy cięższe od Ziemi.
Unwin powiedział, że czarna dziura tej masy nie wyglądałaby na wiele. Jego horyzont zdarzeń byłby niewielki - mniej więcej wielkości grejpfruta, gdyby był pięć razy większy od masy Ziemi, i wielkości kuli do kręgli przy 10 razy większej od masy Ziemi. Ale grawitacja jest grawitacją. Gdyby PBH przedostało się do naszego Układu Słonecznego, czarna dziura krążyłaby wokół Słońca tak, jak planeta, i szarpałaby po planetach karłowatych i planetoidach tak jak teoretyczna Planeta 9. Nie byłoby sposobu, aby odróżnić wpływ grawitacji planety od pierwotnej czarnej dziury o tej samej masie.
Te same modele, które wytwarzają pierwotne czarne dziury, powiedział Unwin, również stanowią najlepsze wytłumaczenie tego, w jaki sposób mechanizm Higgsa (który uważa, że nasyca masę wszystkich cząstek) i inną podstawową fizykę pojawiły się we wszechświecie. Jest więc dobry powód, by sądzić, że te rzeczy istnieją, niezależnie od tego, czy któreś z nich trafiło do naszego Układu Słonecznego lub innego układu gwiezdnego. Ale nikt tak naprawdę nigdy go nie znalazł.
Czarne dziury zginają światło
Jednak istnieją pewne najnowsze dowody sugerujące, że naprawdę mogą istnieć, powiedział Unwin.
„Myślę, że jest to dość nieznane w społeczności”, powiedział Unwin, „i naprawdę staramy się zwrócić na to uwagę”.
W Polsce istnieje eksperyment o nazwie Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE). Skanuje niebo w poszukiwaniu grawitacyjnego „mikrosoczewkowania”, miejsc w przestrzeni, w których grawitacja planety lub innego obiektu wygięła ścieżkę promienia światła, powodując uderzenie w Ziemię. W przypadku gwiazd badanych przez OGLE to zginanie światła wygląda jak gwiazda chwilowo rozjaśniająca się.
Ale OGLE zgłosiło coś dziwnego, powiedzieli. Sześć razy zauważył bardzo krótkie zdarzenia mikrosoczewkowania, trwające krócej niż 0,3 dnia, co sugeruje bardzo szybko poruszające się obiekty między 0,5 a 20 masami Ziemi przesuwającymi się obok gwiazd. Unwin powiedział, że nie tak wyglądają planety OGLE, i istnieje dobry powód, by podejrzewać, że sześć obiektów może być pierwotnymi czarnymi dziurami. (Inną możliwością są bardzo szybko poruszające się „swobodnie unoszące się planety” poruszające się poza układami gwiezdnymi, ale obecne modele planet nie przewidziały, że wiele takich planet zbliża się do wszechświata.)
Jeśli te sześć obiektów były małymi, starożytnymi czarnymi dziurami, powiedział Scholtz, oznacza to, że takie czarne dziury nie są tak rzadkie we wszechświecie. Powiedział, że nie spodziewałbyś się, że pojawią się w każdym układzie gwiezdnym. I większość swobodnie unosiłaby się w przestrzeni kosmicznej. Ale nie byłoby strasznie szokujące, gdyby nasz system miał szczęście i wybrał jeden, powiedział.
Teoria czarnej dziury na Planecie 9 wyjaśnia następnie dwie tajemnice: anomalię trans-Neptuna i anomalię OGLE.
„Te dwie rzeczy wskazują na ten sam zakres masy” - powiedział Unwin. „Właśnie to nas podnieciło”.
„To jest najważniejsze” - dodał Scholtz. „Brakująca planeta ma gdzieś od pięciu do 20 mas Ziemi, a dowody OGLE wskazują gdzieś pomiędzy 0,5 a 20 mas Ziemi. To całkiem zbieg okoliczności”.
Unwin powiedział, że jeśli anomalia TNO rzeczywiście okaże się czarną dziurą, to wielka sprawa. Potwierdziłoby to istnienie pierwotnych czarnych dziur i ustalił dla nich zakres masy, który wyjaśniłby, kiedy dokładnie w historii wszechświata się utworzyli - co wyjaśniłoby, jak powstało wiele innych fragmentów fizyki.
Czy to oznacza, że któryś z badaczy jest przekonany, że w naszym Układzie Słonecznym znajduje się czarna dziura, a nawet myśli, że prawdopodobnie jest tam jedna? Nie, oboje powiedzieli. Możliwe, że anomalia TNO tak naprawdę nie wskazuje na pojedynczy ciężki przedmiot, lub że anomalia OGLE jest przypadkiem lub wynikiem wadliwego sprzętu.
Czy w ogóle istnieje Planeta 9?
Niektórzy astronomowie wątpią, czy w ogóle coś tam jest.
„Nie wiem wystarczająco dużo na temat PBH, aby wiedzieć, ile zapasów włożyć w prawdopodobieństwo posiadania jednego w odległym układzie słonecznym” - powiedział Nathan Kaib, astronom z University of Oklahoma, który nie był zaangażowany w prace Unwina i Scholtza . „Powiem jednak, że jestem sceptycznie nastawiony do konieczności posiadania Planety 9.”
Powiedział, że anomalia orbitalna TNO (obiekt trans-Neptunian) wydaje się być prawdziwa, ale ta idea planety ukrywającej się poza TNO nie wyjaśnia tego zbyt dobrze. I, jak napisał w artykule opublikowanym 2 lipca w The Astronomical Journal, można oczekiwać, że Planeta 9 spowoduje inne anomalie, które nie pojawiły się w danych.
„To pozostawia mnie nieco sceptycznego wobec istnienia planety, a jeśli PBH ma wywoływać takie same… efekty jak planeta, myślę, że byłbym równie sceptyczny wobec tego, ale jest to całkiem niezależne od idei Same PBH - powiedział Kaib.
Ale niektórzy astronomowie nadal myślą, że jest tam planeta. I ten dowód jest wystarczająco silny, a polowanie na planetę trwa wystarczająco długo, powiedział Unwin, że przynajmniej warto zbadać, czy jakiś obiekt podobny do planety, który nie jest planetą, powoduje ten efekt.
Zasugerowali, że jednym ze sposobów sprawdzenia w nieopublikowanym jeszcze artykule opublikowanym online na serwerze preprint arXiv jest poszukiwanie oznak „anihilacji ciemnej materii”. Teorie PBH sugerują, że byłyby otoczone gęstymi aureolami ciemnej materii, które mogłyby przetrwać częściowo nietknięte nawet po miliardach lat wędrówki po wszechświecie. Niektóre teorie ciemnej materii sugerują, że czasami jej cząstki „unicestwiają się” i zamieniają w fotony promieniowania gamma. Potencjalnie moglibyśmy wykryć te fotony na Ziemi.
(Takie wykrycie definitywnie rozwiązałoby tajemnicę trzeciej gigantycznej fizyki dla tych, którzy śledzą: czy ciemna materia może przekształcić się w cząstki, które rozpoznajemy ze świetlistego wszechświata.)
Jak napisali naukowcy, nasze teleskopy mogły już wykryć te fotony promieniowania gamma. Kolejnym krokiem jest przeglądanie danych z Kosmicznego Teleskopu Gamma Fermi, który skanuje szerokie płaty nieba w poszukiwaniu cząstek, aby sprawdzić, czy mogą znaleźć jakieś wskazówki.
Scholtz powiedział, że jest szansa, że polowanie na promieniowanie gamma okaże się małą czarną dziurą, możliwości są nieograniczone. Powiedział, że możemy nawet wysłać tam misję.
„To potencjalnie okazja do gry z prawdziwą czarną dziurą” - powiedział. „Jakie to ekscytujące?”
Jednak nikt jeszcze się na to nie obstawiał.
