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太阳系“老九”是个黑洞? 猜测很大胆,验证却很难

来源:经济日报2019-10-15 09:03

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  NASA

  曾经的“老九”冥王星,如今已经“沦落”为一颗矮行星。

  不久前,国外两位天文学家提出大胆设想:太阳系中“时隐时现”的第九大行星,很可能是一个原初黑洞。

  太阳系里有一黑洞,操控了遥远的天体?有专家表示,这是个有趣的假想,但以现在的观测能力很难证实或证伪。

  空缺的王位,又有新的争夺者

  十几年前,第九大行星是谁,教科书里还写得清清楚楚。1930年克莱德·汤博发现冥王星,将其与天王星、海王星等量齐观,起了“PLUTO”(普鲁托)这个气派的希腊名,太阳系九大行星变成一种常识性知识。

  然而,科学家后来意识到,在太阳系外围空间里,冥王星似乎“远不够看”。1992年开始陆续发现一些遥远的冰石结构天体,体量跟冥王星差不多。2005年更是发现了阋神星,比冥王星质量还多出27%!冥王星都能算九大,阋神星不排个第十,说不过去。

  天文学家当机立断,2006年8月举行的第26届国际天文联会通过决议:冥王星划为矮行星,从太阳系九大行星中除名。普鲁托悲惨退位,成了134340号小行星。

  但第九大行星的王位,没那么容易取消。近5年来,一些新的发现让人猜测:太阳系中或许存在一颗真正的“P9”(第九大行星)。

  9月24日,又有一个新人加入了王位争夺战——arXiv.org张贴了一份论文,英国杜伦大学的雅各布·舒尔茨(Jakub Scholtz)与美国伊利诺斯大学的杰姆斯·恩温(James Unwin)提出了一个大胆的设想:太阳系中的第九大行星,可能是一颗原初黑洞。

  奇怪的轨道,指向隐藏的“P9”

  2014年左右,天文学家在柯伊伯带(海王星轨道之外的黄道面附近区域)发现一些天体,轨道离太阳远的时候居然可达到几百个天文单位(一个天文单位即太阳与地球间的距离)。一开始这被解释为海王星引力散射效应。但很快,新第九大行星的猜想被提了出来。

  导致冥王星降级的“罪魁祸首”,美国加州理工学院的迈克·布朗,在2016年和同事发现:柯伊伯带中6颗天体有奇怪的轨道,它们的近日点都指向一个方向。就像6块以不同速率转圈的钟表,但指针都向着一个方向。如果海王星是幕后操盘者,它们的指向早该弥散,不会这么集中。

  而且6颗天体离太阳最近时,距离也超过了40个天文单位,海王星假说也不好解释。

  迈克·布朗和同事计算出,“大家伙指向偶然一致”的可能性为0.007%——还是相信有一颗“尚未现身的大家伙”更为现实。

  天文学家、南京大学教授周礼勇接受科技日报记者采访时说,最初很多人反对“P9”的存在。随着近几年不断的新发现,证实第九大行星存在的统计学显著性逐渐提高。

  虽未观测到“P9”,但有人通过计算机模拟推测了它的参数:距离太阳200至800个天文单位,质量是地球的5—10倍,绕太阳一圈得3万年……

  流浪的不一定是地球,还可能是黑洞

  天文学家过去相信,在海王星外存在新行星的可能性非常小,因为这个区域的物质太稀薄,要长出一颗大行星,需要时间太漫长。但是,如果太阳系是从茫茫宇宙里“掳掠”了一颗现成的行星呢?这个可能性是值得考虑的。

  “实际上宇宙中可能有非常多流浪的行星,就像电影里的‘流浪地球’一样。”研究太阳系外行星的天文学家、南京大学副教授谢基伟告诉科技日报记者,一种寻找系外行星的方法叫做微引力透镜法,就是通过捕捉影像的微弱变形——光线被沿途某颗天体的质量扭曲了,来寻找系外行星存在的线索。通过这种方法我们观测到不少“蛛丝马迹”,说明未知的黑暗里有许多无组织无纪律的“流浪汉”。

  在怀疑有“P9”的区域,光学引力透镜实验(OGLE)观测到了引力异常。至少6个微引力透镜事件表明了该区域引力异常,暗示存在一个自由漂浮天体,其质量范围在5—15个地球质量之间。“P9”的猜想因此被鼓舞。

  此次舒尔茨和恩温的新论文猜测,该天体可能不是一颗流浪行星,而是一个流浪黑洞。它被太阳系拉拢入群,搅乱了外围天体的轨道。

  一般来说,天文学家观测到的黑洞,是恒星死亡坍塌后聚集而成的。而存在于理论设想中的原初黑洞,是另一回事。霍金对这个概念贡献很大:那是宇宙大爆炸后不久产生并遗留至今的“文物”。

  大爆炸之前的宇宙被天文学家叫做原初宇宙。原初宇宙的爆炸是不均匀的,局部空间能量密度太大,“没崩开”就压缩成质量无限大的点以及围绕而成的黑洞。这种黑洞大小不一,小的可能只有粒子大,一般的原初黑洞跟太阳系常见的小行星质量类似。

  这些黑洞随后漂流宇宙各处。一些通过霍金辐射消散,像冰块一样化掉了;一些则吸收物质壮大,存活至今。

  舒尔茨和恩温指出,海王星外天体的异常轨道,以及一些引力事件,可以用质量为地球数倍的原初黑洞来解释;一个原初黑洞可能被太阳系捕获,成为第九行星;他们证明这种捕获的可能性是值得考虑的。

  严谨的假设,仍有不少反对的声音

  “这篇论文思路还是很严谨规范的,不是瞎猜想。”谢基伟说,“但作者也说这只是一种可能性。引入黑洞的概念,可能大家会觉得很有意思、很奇特。但下一步还无从着手。何况有没有第九大行星还是问题。”

  舒尔茨和恩温表示,如果“P9”是一个原初黑洞,或许能通过外围的“晕”——黑洞外层正负电子湮灭发出的光,来确定它的存在。但一位行星学家告诉科技日报记者,由于黑洞很小,而且不确定在什么位置,这种观测是很难实现的。

  “我个人不太喜欢原初黑洞这个想法。”一位从事行星研究的专家告诉科技日报记者,“感觉近乎神秘学——能解释一些现象,但是基本上永远看不到。”

  “柯伊伯天体的发现者,大卫·朱伊特(David Jewitt)甚至压根儿就不相信‘第九行星’的存在。”这位专家表示,大卫·朱伊特在接受电视采访时,直接说不认为“P9”存在。他认为,黑洞假说透露出科学家对取得“重大发现”的心态是急切的。但这个理论离可验证的阶段还远。

  众说纷纭的一个重要原因,是以目前人类的技术水平,观测海王星外天体还很困难。尽管人类已经观测到几千颗太阳系外行星了。

  “不识庐山真面目,只缘身在此山中。”谢基伟说,“观测系外行星,基本上是通过观察恒星光谱的凌星效应或多普勒效应,间接推断行星的情况。而对太阳系内行星就可以直接观测。行星的亮度与它和太阳距离成反比。太远的天体,接收光线就弱,反射光线更弱。”

  外围这样广阔,天体这样暗淡,上百天文单位之外,还是一片未知。

  谢基伟说:“那些太阳系边缘的天体,很多是通过哈勃望远镜看到的;等韦伯望远镜工作以后,我们的观测水平会改善一点。”(高博)

[ 责编:赵清建 ]
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