Два фізики вважають, що ми повинні перевірити, чи є в нашій Сонячній системі стародавня чорна діра, розміром з грейпфрута. І цей крихітний важкий предмет може насправді зайняти місце теоретичної планети, яку, на думку деяких дослідників, може тягнути за собою інші об'єкти нашої Сонячної системи, так звану планету 9.
Чи означає це, що насправді в нашому просторі ховається чорна діра? Ні, сказали дослідники.
Але вони зібрали аргумент щодо його існування, який, на їхню думку, є переконливим, щоб його варто було вивчити.
Ось як це йде:
Далеко у зовнішній течії Сонячної системи, повз яку на орбітах Нептуна, нашої найвіддаленішої відомої планети, є купка дрібних предметів, які ведуть себе дивно. Ці "транс-нуптунські об'єкти" (ТНО) об'єднуються в незвичні способи, і вони, як правило, крутяться навколо осей, які вказують на один широкий смуг неба, подалі від більш відомих планет. Крім того, критично, TNO орбіти в іншій площині, ніж вісім відомих планет. Це говорить про те, що щось інше тягне за собою своєю серйозністю.
Деякі астрономи переглянули цю дивну закономірність, провели деякі розрахунки і зробили висновок, що там повинна бути інша планета, яка в 10-20 разів перевищує масу Землі і слідуючи за химерною орбітою, яка переносить її в багато сотень разів відстань Землі від сонце. Це химерна теорія, яку зазвичай називають "Планета 9", але така, яку астрономи сприймають серйозно. Полювання на Планету 9 тривало роками, астрономи використовували візуальне світло та інфрачервоні телескопи для сканування самих віддалених частин Сонячної системи.
"Ми зрозуміли, що гравітація - це важлива річ", - сказав Якуб Шольц, фізик з університету Дарем в Англії та один із двох астрономів, які стоять за цією ідеєю. "Це не повинно бути планетою. Найбільш мирське або, можливо, найрозумніше пояснення - це планета. Але, як фізики-теоретики, ми знаємо, що космологія раннього Всесвіту може легко запровадити цілий ряд дуже цікавих нових теоретичних тіла - одне з яких… це споконвічні чорні діри ».
Первісні чорні діри різні
Зазвичай, коли ми говоримо про чорні діри, ми маємо на увазі величезні об’єкти, що утворюються, коли гігантські зірки впадають у себе, захоплюючи свої маси у нескінченно щільних особливості, оточених гігантськими «горизонтами подій», з яких жодне світло не може втекти. Але деякі космологи вважають, що в перші моменти Всесвіту, коли все було гарячим і щільним і мчало від Великого вибуху, а жодної зірки ще не сформувалося, чорні діри вже виникали.
Ці споконвічні привиди створення Всесвіту сформувалися б, коли шматки цієї ранньої матерії були стиснуті так сильно, що вони згустилися в особливості.
"Ця частина Всесвіту настільки щільна, що вона просто стає чорною дірою", - сказав Шольц Live Science.
Ці чорні діри будуть меншими, ніж зоряні чорні діри, утворені від руйнуючих масивних зірок, - сказав Джеймс Унвін, фізик з університету Чикаго та співавтор статті. І згідно з деякими моделями, вони були б лише в кілька разів важчі за Землю.
Чорна діра такої маси не виглядала б багато чого, сказав Юнвін. Її горизонт подій був би крихітним - приблизно розміром грейпфрута, якщо він у п'ять разів перевищує масу Землі та розміром кулі для боулінгу в 10 разів перевищує масу Землі. Але гравітація - це гравітація. Якби PBH знайшов шлях до нашої Сонячної системи, ця чорна діра виходила б на орбіту Сонця, як планета, і вона буксирувала б карликові планети та астероїди так само, як і теоретична планета 9. Не було б ніякого способу визначити наслідки сили тяжіння планети від споконвічної чорної діри тієї ж маси.
Ті ж моделі, які виробляють споконвічні чорні діри, за словами Юнвіна, також пропонують найкраще пояснення того, як механізм Хіггса (який думав проникнути масою на всі частинки) та інші основні фізики виникли у Всесвіті. Тож є вагомі підстави думати, що ці речі існують, незалежно від того, існували чи ні з того часу в нашій Сонячній системі чи будь-якій іншій зірковій системі. Але насправді ніхто не знайшов.
Чорні діри, згинаючи світло
Однак, є кілька останніх доказів, які свідчать про те, що вони дійсно можуть існувати, сказав Юнвін.
"Я думаю, що це досить невідомо в громаді", - сказав Юнвін, - і ми справді намагаємось довести це до широкої уваги.
Існує експеримент під назвою Оптичний гравітаційний експеримент лінзування (OGLE) у Польщі. Він сканує небо на предмет виявлення гравітаційного "мікролінінгу", місця в просторі, де планета чи інший предмет тяжіння зігнули шлях променя світла, внаслідок чого він потрапив на Землю. У випадках зірок, що вивчаються OGLE, це згинання світла просто схоже на зірку на мить яскравіше.
Але OGLE повідомили щось дивне, вони сказали. Шість разів він помітив дуже короткі події мікросенсу, тривалістю менше 0,3 днів, що свідчить про дуже швидкоплинні об'єкти між 0,5 земними масами та 20 земними масами, що затискають минулі зірки. Не так виглядають планети до OGLE, сказав Юнвін, і є вагомі підстави підозрювати, що шість об’єктів можуть бути споконвічними чорними дірами. (Інша можливість - дуже швидкоплинні "вільно плаваючі планети", що рухаються навколо зовнішніх зіркових систем, але сучасні планетарні моделі не передбачають, що багато таких планет збільшуватимуться навколо Всесвіту.)
Якщо ці шість предметів були маленькими, давніми чорними дірами, сказав Шольц, то це означає, що такі чорні діри не такі вже рідкісні у Всесвіті. Ви не очікували, що вони з'являться в кожній зірковій системі, сказав він. І більшість вільно пливе через космос. Але це не було б страшенно шокуючим, якби нашій системі пощастило і забрало її, сказав він.
Тоді теорія чорної діри Планети 9 пояснює дві таємниці: транснептунівську аномалію об'єкта та аномалію OGLE.
"Ці дві речі вказують на однаковий масовий діапазон", - сказав Унвін. "Це те, що нас дуже схвилювало".
"Це ключове", - додав Шольц. "Відсутня планета знаходиться десь між п’ятьма і 20 земними масами. Докази OGLE вказують десь від 0,5 до 20 мас Землі. Отже, це зовсім збіг обставин".
Якщо аномалія TNO насправді виявиться чорною дірою, сказав Юнвін, це величезна справа. Це доводить існування споконвічних чорних дір і зменшує діапазон для них маси, який би пояснював, коли саме в історії Всесвіту вони утворилися, - що б потім пояснило, як з'явилося велика кількість інших фрагментів фізики.
Чи означає це, що або дослідник переконаний, що в нашій Сонячній системі є чорна діра, або навіть думає, що там, мабуть, є одна? Ні, вони обоє сказали. Можливо, що аномалія TNO насправді не вказує на один важкий предмет, або що аномалія OGLE - це флюс або результат несправного обладнання.
Чи існує навіть Планета 9?
Деякі астрономи сумніваються, що там взагалі щось є.
"Я не знаю достатньо про PBHs, щоб знати, скільки запасів, щоб вкласти правдоподібність наявності у віддаленій Сонячній системі", - сказав Натан Кайб, астроном з університету Оклахоми, який не був причетний до роботи Унвіна та Шольца . "Однак я скажу, що я дещо скептично ставлюсь до необхідності Планети 9."
Орбітальна аномалія TNO (транснептунівський об'єкт), здається, реальна, але він уявляє, що ця ідея про планету, що перебуває там поза межами TNO, не дуже добре пояснює це. І, як він писав у статті, опублікованій 2 липня в «Астрономічному журналі», ви очікували, що «Планета 9» створить інші аномалії, які не виявилися в даних.
«Це залишає мене дещо скептичним щодо існування планети, і якщо PBH повинна виробляти ті ж… ефекти, що й планета, я думаю, я теж був би скептично скептичний до цього, але це досить незалежно від ідеї Самі PBHs ", - сказав Кайб.
Але деякі астрономи все ще думають, що там є планета. І це свідчення досить сильне, і полювання на планету тривало досить довго, сказав Юнвін, що принаймні варто вивчити, чи спричинює ефект якийсь подібний до планети об’єкт, який не є планетою.
Один із способів перевірити, вони запропонували у ще не рецензованому документі, розміщеному в Інтернеті на сервері переддруку arXiv, - шукати ознаки "знищення темної речовини". Теорії PBHs припускають, що вони будуть оточені густими ореолами темної речовини, які могли б вижити частково неушкодженими навіть через мільярди років бродіння Всесвітом. А деякі теорії темної речовини припускають, що іноді її частинки "знищуються" і перетворюються на фотони гамма-випромінювання. Ми могли б виявити ці фотони на Землі.
(Таке виявлення остаточно вирішить третю гігантську таємницю фізики для тих, хто слідкує: чи може темна речовина перетворитися на частинки, які ми впізнаємо з світиться всесвіту.)
Наші телескопи, можливо, вже взяли ці фотони гамма-променів, писали дослідники. Отже, наступним їх кроком є перегляд даних з космічного телескопа Фермі-гамма-рентгенівського випромінювання, який сканує частинки неба на частинки, щоб побачити, чи можуть вони знайти будь-які натяки на нього.
За випадковості полювання на гамма-випромінювання виявило крихітну чорну діру, за словами Шольца, можливості нескінченні. Ми могли навіть відправити туди місію, сказав він.
"Це потенційно можливість пограти з справжньою чорною дірою", - сказав він. "Наскільки це захоплююче?"
Все-таки ніхто ще не робив на це ставок.
