Два физика считают, что нам следует проверить, не скрылась ли в нашей солнечной системе древняя черная дыра размером с грейпфрут. И этот крошечный, тяжелый объект может фактически занять место теоретической планеты, которая, по мнению некоторых исследователей, может тянуть другие объекты в нашей солнечной системе, так называемую Планету 9.
Значит ли это, что в нашем уголке космоса скрывается черная дыра? Нет, исследователи сказали.
Но они собрали аргумент в пользу его существования, который, по их мнению, достаточно убедителен, чтобы его стоило рассмотреть.
Вот как это происходит:
Далеко во внешних пределах солнечной системы, мимо которых находится Нептун, наша самая отдаленная из известных планет, находится на орбите, есть горстка маленьких объектов, которые ведут себя странно. Эти «транс-Nuptunian объекты» (TNOs) объединяются необычным образом, и они имеют тенденцию вращаться вокруг осей, которые указывают на одну широкую полосу неба, вдали от более крупных известных планет. Кроме того, что критически важно, TNOs вращаются в плоскости, отличной от восьми известных планет. Это говорит о том, что что-то еще притягивает их своей серьезностью.
Некоторые астрономы изучили эту странную модель, провели некоторые вычисления и пришли к выводу, что там должна быть другая планета, которая в 10-20 раз больше массы Земли и движется по шаткой орбите, которая уносит ее во много сотен раз от расстояния Земли от Земли. солнце. Это странная теория, обычно называемая «Планета 9», но к которой астрономы относятся серьезно. Охота на Планету 9 продолжалась годами, когда астрономы использовали визуальный свет и инфракрасные телескопы для сканирования самых отдаленных частей Солнечной системы.
«Мы поняли, что гравитация - это важная вещь», - сказал Якуб Шольц, физик из Даремского университета в Англии и один из двух астрономов, стоящих за этой идеей. «Это не обязательно должна быть планета. Самое обыденное, или, может быть, самое разумное объяснение состоит в том, что это планета. Но как физики-теоретики, мы знаем, что космология ранней вселенной может очень легко представить ряд очень интересных новых теоретических тела - одно из которых ... это исконные черные дыры ".
Изначальные черные дыры разные
Обычно, когда мы говорим о черных дырах, мы имеем в виду огромные объекты, образовавшиеся, когда гигантские звезды коллапсируют в себя, захватывая свои массы бесконечно плотными единицами, окруженными гигантскими «горизонтами событий», из которых не может уйти ни один свет. Но некоторые космологи считают, что в первые моменты существования Вселенной, когда все было жарко, плотно и уходило от Большого взрыва, а звезд еще не было, черные дыры уже появлялись.
Эти изначальные призраки творения вселенной сформировались бы, когда куски этой ранней материи были так сильно раздавлены, что они слились в сингулярности.
«Эта часть вселенной настолько плотна, что становится черной дырой», - сказал Шольц в интервью Live Science.
Эти черные дыры будут меньше, чем звездные черные дыры, образовавшиеся из коллапсирующих массивных звезд, сказал Джеймс Унвин, физик из Чикагского университета и соавтор статьи. И согласно некоторым моделям, они были бы всего лишь в несколько раз тяжелее Земли.
Уинвин сказал, что черная дыра этой массы не будет похожа ни на что. Его горизонт событий был бы крошечным - размером с грейпфрут, если он в пять раз больше массы Земли, и размером с шар для боулинга в 10 раз больше массы Земли. Но гравитация есть гравитация. Если PBH попадет в нашу солнечную систему, эта черная дыра будет вращаться вокруг Солнца, как планета, и будет тянуться на карликовых планетах и астероидах, как теоретическая Планета 9. Не было бы никакого способа отличить влияние гравитации планеты от исконной черной дыры той же массы.
По словам Унвина, те же самые модели, которые производят первичные черные дыры, также предлагают лучшее объяснение того, как механизм Хиггса (который, как считается, наполняет массу всех частиц) и другая базовая физика появились во вселенной. Так что есть веская причина думать, что эти вещи существуют, независимо от того, попали ли они в нашу солнечную систему или в любую другую звездную систему. Но никто так и не нашел.
Черные дыры изгибают свет
Тем не менее, есть недавние доказательства того, что они действительно могут существовать, сказал Анвин.
«Я думаю, что это довольно неизвестно в сообществе, - сказал Анвин, - и мы действительно пытаемся привлечь к нему широкое внимание».
В Польше есть эксперимент под названием «Оптическое гравитационное лицензирование» (OGLE). Он сканирует небо на предмет гравитационного «микролинзирования» мест в космосе, где гравитация планеты или какого-либо другого объекта согнула путь луча света, в результате чего он попал на Землю. В случае звезд, изученных OGLE, этот изгиб света выглядит как звезда, на мгновение проясняющаяся.
Но OGLE сообщил что-то странное, сказали они. Шесть раз он обнаружил очень короткие события микролинзирования, продолжительностью менее 0,3 дня, наводящие на мысль об очень быстро движущихся объектах между 0,5 земными массами и 20 земными массами, проносящимися мимо звезд. «Это не то, как планеты смотрят на OGLE», - сказал Унвин, и есть веская причина подозревать, что шесть объектов могут быть первичными черными дырами. (Другая возможность - очень быстро движущиеся «свободно плавающие планеты», движущиеся вокруг звездных систем, но современные модели планет не могут предсказать, что многие такие планеты изменяют масштаб во Вселенной.)
Шолц сказал, что если эти шесть объектов были маленькими, древними черными дырами, то это означает, что такие черные дыры не так уж редки во вселенной. Вы не ожидаете, что они появятся в каждой звездной системе, сказал он. И большинство будет свободно плавать в космосе. Но было бы ужасно шокировать, если бы нашей системе повезло и она взяла одну, сказал он.
Затем теория черной дыры Планеты 9 объясняет две загадки: аномалию транс-нептуновского объекта и аномалию OGLE.
«Эти две вещи указывают на один и тот же диапазон масс», - сказал Анвин. «Это то, что нас очень взволновало».
«Это главное», - добавил Шольц. «Пропавшая планета находится где-то между пятью и двадцатью земными массами, а свидетельство OGLE указывает где-то между 0,5 и 20 земными массами. Так что это довольно совпадение».
По словам Унвина, если аномалия TNO действительно окажется черной дырой, это огромная сделка. Это докажет существование исконных черных дыр и определит для них диапазон масс, который объяснит, когда именно в истории вселенной они сформировались, - а затем объяснит, как возникло множество других частей физики.
Означает ли это, что либо исследователь убежден, что в нашей солнечной системе есть черная дыра, либо даже думает, что, возможно, она там есть? Нет, они оба сказали. Возможно, что аномалия TNO на самом деле не указывает на один тяжелый объект, или что аномалия OGLE является случайностью или результатом неисправного оборудования.
Планета 9 вообще существует?
Некоторые астрономы сомневаются, что там вообще что-то есть.
«Я не знаю достаточно о PBH, чтобы знать, сколько акций можно использовать для обеспечения правдоподобия наличия такого в далекой солнечной системе», - сказал Натан Каиб, астроном из Университета Оклахомы, который не участвовал в работе Унвина и Шольца. , «Однако я скажу, что я несколько скептически отношусь к необходимости Планеты 9».
По его словам, орбитальная аномалия TNO (транс-нептунского объекта) кажется реальной, но эта идея планеты, скрывающейся за пределами TNO, не объясняет это так хорошо. И, как он писал в статье, опубликованной 2 июля в «Астрономическом журнале», вы ожидаете, что Планета 9 создаст другие аномалии, которые не обнаружены в данных.
«Это заставляет меня скептически относиться к существованию планеты, и, если предполагается, что PBH будет производить те же ... эффекты, что и планета, я думаю, я бы тоже скептически относился к ней, но это довольно независимо от идеи Сами PBH, - сказал Кайб.
Но некоторые астрономы все еще думают, что там есть планета. И это доказательство достаточно убедительно, и охота на планету продолжалась достаточно долго, сказал Уинвин, что, по крайней мере, стоит исследовать, вызывает ли какой-то планетоподобный объект, не являющийся планетой, эффект.
Один из способов проверки, предложили они в еще не рецензируемой статье, размещенной в сети на сервере препринтов arXiv, - это поиск признаков «уничтожения темной материи». Теории PBH предполагают, что они будут окружены плотными ореолами темной материи, которые могут частично выжить даже после миллиардов лет странствий по вселенной. А некоторые теории темной материи предполагают, что иногда ее частицы «аннигилируют» и превращаются в фотоны гамма-излучения. Мы могли бы потенциально обнаружить эти фотоны на Земле.
(Такое обнаружение окончательно разрешило бы третью гигантскую физическую загадку для тех, кто следит: может ли темная материя превратиться в частицы, которые мы узнаем из светящейся вселенной.)
Наши телескопы, возможно, уже уловили эти гамма-фотоны, писали исследователи. Итак, их следующий шаг - просмотреть данные с космического телескопа гамма-излучения Ферми, который сканирует широкие участки неба для частиц, чтобы увидеть, могут ли они найти какие-либо намеки на них.
По словам Шольца, случайная охота за гамма-лучами может привести к появлению крошечной черной дыры, а возможности безграничны. Мы могли бы даже отправить туда миссию, сказал он.
«Это потенциально возможность играть с настоящей черной дырой», - сказал он. "Насколько это интересно?"
Тем не менее, никто еще не ставит на это.
