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太陽系“老九”是個黑洞? 驗證卻很難

2019-10-16 09:33:15  來源:科技日報

來源:科技日報

本報記者高博

不久前,國外兩位天文學家提出大膽設想:太陽系中“時隱時現”的第九大行星,很可能是一個原初黑洞。

太陽系里有一黑洞,操控了遙遠的天體?有專家表示,這是個有趣的假想,但以現在的觀測能力很難證實或證偽。

空缺的王位,又有新的爭奪者

十幾年前,第九大行星是誰,教科書里還寫得清清楚楚。1930年克萊德·湯博發現冥王星,將其與天王星、海王星等量齊觀,起了“PLUTO”(普魯托)這個氣派的希臘名,太陽系九大行星變成一種常識性知識。

然而,科學家后來意識到,在太陽系外圍空間里,冥王星似乎“遠不夠看”。1992年開始陸續發現一些遙遠的冰石結構天體,體量跟冥王星差不多。2005年更是發現了鬩神星,比冥王星質量還多出27%!冥王星都能算九大,鬩神星不排個第十,說不過去。

天文學家當機立斷,2006年8月舉行的第26屆國際天文聯會通過決議:冥王星劃為矮行星,從太陽系九大行星中除名。普魯托悲慘退位,成了134340號小行星。

但第九大行星的王位,沒那么容易取消。近5年來,一些新的發現讓人猜測:太陽系中或許存在一顆真正的“P9”(第九大行星)。

9月24日,又有一個新人加入了王位爭奪戰——arXiv.org張貼了一份論文,英國杜倫大學的雅各布·舒爾茨(JakubScholtz)與美國伊利諾斯大學的杰姆斯·恩溫(JamesUnwin)提出了一個大膽的設想:太陽系中的第九大行星,可能是一顆原初黑洞。

奇怪的軌道,指向隱藏的“P9”

2014年左右,天文學家在柯伊伯帶(海王星軌道之外的黃道面附近區域)發現一些天體,軌道離太陽遠的時候居然可達到幾百個天文單位(一個天文單位即太陽與地球間的距離)。一開始這被解釋為海王星引力散射效應。但很快,新第九大行星的猜想被提了出來。

導致冥王星降級的“罪魁禍首”,美國加州理工學院的邁克·布朗,在2016年和同事發現:柯伊伯帶中6顆天體有奇怪的軌道,它們的近日點都指向一個方向。就像6塊以不同速率轉圈的鐘表,但指針都向著一個方向。如果海王星是幕后操盤者,它們的指向早該彌散,不會這么集中。

而且6顆天體離太陽最近時,距離也超過了40個天文單位,海王星假說也不好解釋。

邁克·布朗和同事計算出,“大家伙指向偶然一致”的可能性為0.007%——還是相信有一顆“尚未現身的大家伙”更為現實。

天文學家、南京大學教授周禮勇接受科技日報記者采訪時說,最初很多人反對“P9”的存在。隨著近幾年不斷的新發現,證實第九大行星存在的統計學顯著性逐漸提高。

雖未觀測到“P9”,但有人通過計算機模擬推測了它的參數:距離太陽200至800個天文單位,質量是地球的5—10倍,繞太陽一圈得3萬年……

流浪的不一定是地球,還可能是黑洞

天文學家過去相信,在海王星外存在新行星的可能性非常小,因為這個區域的物質太稀薄,要長出一顆大行星,需要時間太漫長。但是,如果太陽系是從茫茫宇宙里“擄掠”了一顆現成的行星呢?這個可能性是值得考慮的。

“實際上宇宙中可能有非常多流浪的行星,就像電影里的‘流浪地球’一樣。”研究太陽系外行星的天文學家、南京大學副教授謝基偉告訴科技日報記者,一種尋找系外行星的方法叫做微引力透鏡法,就是通過捕捉影像的微弱變形——光線被沿途某顆天體的質量扭曲了,來尋找系外行星存在的線索。通過這種方法我們觀測到不少“蛛絲馬跡”,說明未知的黑暗里有許多無組織無紀律的“流浪漢”。

在懷疑有“P9”的區域,光學引力透鏡實驗(OGLE)觀測到了引力異常。至少6個微引力透鏡事件表明了該區域引力異常,暗示存在一個自由漂浮天體,其質量范圍在5—15個地球質量之間。“P9”的猜想因此被鼓舞。

此次舒爾茨和恩溫的新論文猜測,該天體可能不是一顆流浪行星,而是一個流浪黑洞。它被太陽系拉攏入群,攪亂了外圍天體的軌道。

一般來說,天文學家觀測到的黑洞,是恒星死亡坍塌后聚集而成的。而存在于理論設想中的原初黑洞,是另一回事。霍金對這個概念貢獻很大:那是宇宙大爆炸后不久產生并遺留至今的“文物”。

大爆炸之前的宇宙被天文學家叫做原初宇宙。原初宇宙的爆炸是不均勻的,局部空間能量密度太大,“沒崩開”就壓縮成質量無限大的點以及圍繞而成的黑洞。這種黑洞大小不一,小的可能只有粒子大,一般的原初黑洞跟太陽系常見的小行星質量類似。

這些黑洞隨后漂流宇宙各處。一些通過霍金輻射消散,像冰塊一樣化掉了;一些則吸收物質壯大,存活至今。

舒爾茨和恩溫指出,海王星外天體的異常軌道,以及一些引力事件,可以用質量為地球數倍的原初黑洞來解釋;一個原初黑洞可能被太陽系捕獲,成為第九行星;他們證明這種捕獲的可能性是值得考慮的。

嚴謹的假設,仍有不少反對的聲音

“這篇論文思路還是很嚴謹規范的,不是瞎猜想。”謝基偉說,“但作者也說這只是一種可能性。引入黑洞的概念,可能大家會覺得很有意思、很奇特。但下一步還無從著手。何況有沒有第九大行星還是問題。”

舒爾茨和恩溫表示,如果“P9”是一個原初黑洞,或許能通過外圍的“暈”——黑洞外層正負電子湮滅發出的光,來確定它的存在。但一位行星學家告訴科技日報記者,由于黑洞很小,而且不確定在什么位置,這種觀測是很難實現的。

“我個人不太喜歡原初黑洞這個想法。”一位從事行星研究的專家告訴科技日報記者,“感覺近乎神秘學——能解釋一些現象,但是基本上永遠看不到。”

“柯伊伯天體的發現者,大衛·朱伊特(DavidJewitt)甚至壓根兒就不相信‘第九行星’的存在。”這位專家表示,大衛·朱伊特在接受電視采訪時,直接說不認為“P9”存在。他認為,黑洞假說透露出科學家對取得“重大發現”的心態是急切的。但這個理論離可驗證的階段還遠。

眾說紛紜的一個重要原因,是以目前人類的技術水平,觀測海王星外天體還很困難。盡管人類已經觀測到幾千顆太陽系外行星了。

“不識廬山真面目,只緣身在此山中。”謝基偉說,“觀測系外行星,基本上是通過觀察恒星光譜的凌星效應或多普勒效應,間接推斷行星的情況。而對太陽系內行星就可以直接觀測。行星的亮度與它和太陽距離成反比。太遠的天體,接收光線就弱,反射光線更弱。”

外圍這樣廣闊,天體這樣暗淡,上百天文單位之外,還是一片未知。

謝基偉說:“那些太陽系邊緣的天體,很多是通過哈勃望遠鏡看到的;等韋伯望遠鏡工作以后,我們的觀測水平會改善一點。”

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