行星9號可能是個葡萄柚大小的黑洞？_風聞

原創：牧夫天文

如果行星9號真的存在，那它可能不是一個黑洞。但是兩位物理學家認為我們還是應該分析一下它是黑洞的可能性。

插圖顯示了遠離太陽的行星9號可能的樣子。現在，至少有兩位物理學家認為這張圖片是錯誤的，“行星9號”實際上是一個黑洞。

Credit: NASA

兩位物理學家認為，我們應該檢查一下我們的太陽系中是否藏着一個古老的葡萄柚大小的黑洞。這個微小的黑洞實際上可能取代了理論上的未知行星——一些研究人員認為可能是在拉扯太陽系中的其它天體的行星9號。

研究人員表示目前這只是一種假説，並不意味着在太陽系的某個角落中確實存在一個黑洞。

但他們已經為微型黑洞的存在提出了一套有説服力的理論。

以下是他們理論的來龍去脈：

在太陽系外圍很遠的地方，已知最遙遠的行星海王星軌道外側，有一羣行為異常的小天體。這些TNO（海外天體）以不尋常的方式聚集在一起，並且它們的軌道偏心率很大。同樣，至關重要的是，它們的運行軌道不同於八個已知行星。這表明，可能有其它東西正在用引力拉扯它們。

近年來，天文學家發現了許多遙遠的天體，它們的近日點非常接近，這意味着它們在太空中幾乎相同的位置上最接近太陽。試圖解釋這一現象的一種主要理論是，在外太陽系中有一個巨大而尚未被發現的“行星9號”。

Credit:Fauxtoez / Wikimedia Commons

一些天文學家研究了這個奇怪的現象並進行了一些計算，他們得出的結論是，在外太陽系肯定還存在另外一顆行星，它大約有10到20倍地球質量，與太陽之間的距離有數百天文單位。這是一個看上去很離奇的理論，通常被稱為“行星9號”，但天文學家非常重視這一理論。尋找行星9號的工作已經進行了多年，天文學家一直在用可見光和紅外望遠鏡掃描太陽系外圍來尋找它。

英國杜倫大學的物理學家Jakub

Scholtz是新提出微型黑洞假説的兩個人之一，他説：“我們認為，天體產生的引力是重要的事情，它不一定是行星。最普通或最理智的解釋是它是一顆行星。但是作為理論物理學家，我們知道，理論上在宇宙早期可以產生一些非常有趣的天體，比如原初黑洞。”

原初黑洞與普通黑洞的不同

通常，當我們談論黑洞時，我們指的是巨大的恆星死亡時坍縮形成的密度無限大的奇點，這些奇點被“ 事件視界 ”所包圍，光無法從中逃逸。但一些宇宙學家認為，在宇宙的早期，大爆炸產生的原始宇宙密度極大温度極高，在第一批恆星還沒有形成時黑洞就已經誕生了。

當一些早期物質被緊密地壓在一起以至於它們形成了奇點時，就會形成宇宙中的原初黑洞。

Scholtz説：“宇宙的某些部分會因為密度太大而直接形成了一個黑洞。”

芝加哥大學物理學家，論文的合著者 James Unwin説，這些黑洞將比由大質量恆星塌縮形成的黑洞小很多。根據某些模型，它們只比地球重幾倍。

Unwin説，這樣質量的黑洞很難被發現。它很小——一個有五倍地球的質量原初黑洞大約有一顆葡萄柚那麼大，而一個有十倍地球質量的黑洞大約有保齡球那麼大。但是引力只與質量有關。如果原初黑洞進入了我們的太陽系，那麼它可以像理論上的行星9號一樣繞太陽公轉，並且拖拽附近的矮行星和小行星。我們沒有任何辦法從引力效果上區分相同質量的原初黑洞和行星。

圖像顯示了五個地球質量的黑洞事件視界的精確大小。（注意：它可能不會在屏幕上以正確的大小顯示，但是請想象一下如果將其打印出來，使空白區域與一張紙一樣寬的話那麼它將看起來有多大。）

Credit：Jakub Scholtz和James Unwin

Unwin説，原初黑洞宇宙模型也為希格斯機制和其它基本物理現象提供了很好的解釋。因此，我們有充分的理由認為原初黑洞確實存在，無論它們是否最終出現在我們的太陽系或任何其它恆星系統中。但是目前為止還沒有人發現過它們。

黑洞會彎曲光線

不過，Unwin説，最近我們可能發現了它們存在的證據。

Unwin説：“我認為很多天文學家還不知道這些證據，所以我們在試圖讓更多人注意到它們。”

波蘭進行了一項名為光學引力透鏡實驗（OGLE）的觀測計劃，它在天空中不斷掃描以尋找微引力透鏡。微引力透鏡現象是指當“較小”（與產生強引力透鏡扭曲了背景星系圖像的星系團相比）的前景物體（例如行星）直接經過背景物體（例如恆星）前方時發生的現象，前景物體將充當透鏡，扭曲並放大來自其後面物體的光線，這種光線彎曲的效果就像恆星瞬間變亮了一樣。

但是OGLE發現了六次奇怪的現象。具體來説，它發現了一些非常短的微透鏡事件，持續時間不到0.3天，這表明某種質量在0.5到20倍地球質量的天體以非常快的速度掠過了恆星。Unwin説，這不符合行星產生的微引力透鏡的特徵，所以我們有充分的理由懷疑這六個天體可能是原初黑洞。（另一種可能性是非常快速移動的“自由運動行星”在恆星系外圍運動，但是目前的行星模型並沒有預測宇宙中會產生很多這樣的行星）。而且，這些物體位於距離銀河系核球約26,000光年的地方，所以相比行星，我們更容易聯想到原初黑洞。

Scholtz説，如果那六個物體是古老的小黑洞，這意味着這種黑洞在宇宙中並不罕見。他説，它們大多數不會出現在每個恆星系統中，而是在太空中自由漂浮，但是如果我們的太陽系幸運地捕獲了一個原初黑洞，那也不是什麼令人震驚的事。

行星9號是原初黑洞的理論可以同時解釋兩個問題：海外天體軌道異常和OGLE異常。

Unwin説“讓我們非常興奮的事情是，產生這兩個問題的天體有着相同的質量範圍。”

Scholtz補充到“這就是問題的關鍵， 失蹤的行星質量範圍在5至20個地球質量之間，而產生OGLE異常現象的天體質量範圍也在0.5至20個地球質量之間。也許這不是一個巧合。”

Unwin説，如果產生TNO（海外天體）異常的天體真的是一個黑洞，那就太棒了。因為它可以證明原初黑洞的存在，並給出它們質量範圍的限制，這可以給出它們在宇宙中確切的形成時間，同時也將解釋物理學的許多其它現象是如何產成的。

不過，兩位假説的提出者都表示，我們還沒有證據表明，在太陽系或者宇宙中真的存在原初黑洞。TNO（海外天體）異常並不一定真的由某個天體造成，而OGLE異常也可能只是設備故障的結果。

行星9號是否存在**？**

一些天文學家懷疑那裏根本沒有任何東西。

未參與Unwin和Scholtz的研究的俄克拉荷馬大學的天文學家Nathan Kaib説：“我對PBH（原初黑洞）瞭解得並不多，也不知道它們在外太陽系中有多少。不過，我會對行星9號的存在持必要的懷疑態度。”

他説，TNO（海外天體）的軌道異常似乎是真實存在的，但是未知行星隱藏在TNO（海外天體）之外的想法並不能很好地解釋它。而且，正如他在7月2日在《The Astronomical Journal》上發表的論文中所寫的那樣，行星 9號應該會產生其它未出現在數據中的異常。

Kaib説“這讓我對未知行星的存在有些懷疑，如果PBH（原初黑洞）能產生與未知行星相同的效果，我也會同樣懷疑它，但我並不是在懷疑PBH（原初黑洞）在宇宙中的存在。” 

一些天文學家認為行星9號是存在的，他們的證據足夠強，但在已經進行了很長的時間的尋找後仍然一無所獲。所以Unwin説，至少我們應該研究一下是否有一些類似行星而不是行星的物體產生了這種現象。

他們在arXiv上尚未經過同行評審的的一篇論文中提出的一種研究方法是尋找暗物質湮滅的跡象。PBH（原初黑洞）的理論表明，它們被緻密的暗物質包圍着，即使在數十億年之後也可能有部分保留下來。一些暗物質理論表明，暗物質有時會“湮滅”並變成我們可以探測到的伽瑪光子。

對於研究者而言，這樣的研究還將解決第三個巨大的物理問題：暗物質是否可以變成我們可探測的粒子。

研究人員寫道，我們的望遠鏡可能已經探測到了這些伽馬光子。因此，他們要做的下一步是檢查費米伽馬射線望遠鏡的數據以研究是否可以找到任何線索。

有人認為微小的黑洞遍佈了整個宇宙，而新的研究假設太陽系可能已經捕獲了其中一個。

Credit:nagualdesign/Tom Ruen/Wikimedia commons

Scholtz説：“宇宙中有無限可能，也許就在一次偶然的事件中，伽馬射線望遠鏡會發現一個小黑洞，我們甚至可以進行專門的觀測。這可能是一個發現真正的黑洞的機會。想想就令人興奮！”

不過，沒人對此有任何把握。

根據一直致力於“行星9號”假設但沒有參與新研究的Konstantin Batygin的説法，原初黑洞絕對有可能在其模型中替代“行星9號”，但這並不意味着事實上是這樣。

Batygin説：“最重要的一點是，所有的計算都只可以知道“行星9號”的質量而非成分。因此，理論上，“行星9號”可以是行星，土豆，黑洞，漢堡等，只要其質量和軌道參數正確即可。”

儘管Batygin並不完全相信外太陽系存在黑洞的假説會比行星9號更合理，但他也承認自己對是否要徹底推翻舊的理論猶豫不決。

或者，我們對太陽系中存在原初黑洞這個離奇的假説的態度應該正如Batygin所説：“我喜歡一直保持開放的態度。”

原文鏈接：https://www.livescience.com/tiny-ancient-black-hole-planet-nine.html

其他參考：http://www.astronomy.com/news/2019/10/planet-nine-may-be-a-black-hole-the-size-of-a-baseball

『天文時刻』 牧夫出品

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Credit：NASA