行星9号可能是个葡萄柚大小的黑洞？

原创：牧夫天文

如果行星9号真的存在，那它可能不是一个黑洞。但是两位物理学家认为我们还是应该分析一下它是黑洞的可能性。

插图显示了远离太阳的行星9号可能的样子。现在，至少有两位物理学家认为这张图片是错误的，“行星9号”实际上是一个黑洞。

Credit: NASA

两位物理学家认为，我们应该检查一下我们的太阳系中是否藏着一个古老的葡萄柚大小的黑洞。这个微小的黑洞实际上可能取代了理论上的未知行星——一些研究人员认为可能是在拉扯太阳系中的其它天体的行星9号。

研究人员表示目前这只是一种假说，并不意味着在太阳系的某个角落中确实存在一个黑洞。

但他们已经为微型黑洞的存在提出了一套有说服力的理论。

以下是他们理论的来龙去脉：

在太阳系外围很远的地方，已知最遥远的行星海王星轨道外侧，有一群行为异常的小天体。这些TNO（海外天体）以不寻常的方式聚集在一起，并且它们的轨道偏心率很大。同样，至关重要的是，它们的运行轨道不同于八个已知行星。这表明，可能有其它东西正在用引力拉扯它们。

近年来，天文学家发现了许多遥远的天体，它们的近日点非常接近，这意味着它们在太空中几乎相同的位置上最接近太阳。试图解释这一现象的一种主要理论是，在外太阳系中有一个巨大而尚未被发现的“行星9号”。

Credit:Fauxtoez / Wikimedia Commons

一些天文学家研究了这个奇怪的现象并进行了一些计算，他们得出的结论是，在外太阳系肯定还存在另外一颗行星，它大约有10到20倍地球质量，与太阳之间的距离有数百天文单位。这是一个看上去很离奇的理论，通常被称为“行星9号”，但天文学家非常重视这一理论。寻找行星9号的工作已经进行了多年，天文学家一直在用可见光和红外望远镜扫描太阳系外围来寻找它。

英国杜伦大学的物理学家Jakub

Scholtz是新提出微型黑洞假说的两个人之一，他说：“我们认为，天体产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释是它是一颗行星。但是作为理论物理学家，我们知道，理论上在宇宙早期可以产生一些非常有趣的天体，比如原初黑洞。”

原初黑洞与普通黑洞的不同

通常，当我们谈论黑洞时，我们指的是巨大的恒星死亡时坍缩形成的密度无限大的奇点，这些奇点被“ 事件视界 ”所包围，光无法从中逃逸。但一些宇宙学家认为，在宇宙的早期，大爆炸产生的原始宇宙密度极大温度极高，在第一批恒星还没有形成时黑洞就已经诞生了。

当一些早期物质被紧密地压在一起以至于它们形成了奇点时，就会形成宇宙中的原初黑洞。

Scholtz说：“宇宙的某些部分会因为密度太大而直接形成了一个黑洞。”

芝加哥大学物理学家，论文的合著者 James Unwin说，这些黑洞将比由大质量恒星塌缩形成的黑洞小很多。根据某些模型，它们只比地球重几倍。

Unwin说，这样质量的黑洞很难被发现。它很小——一个有五倍地球的质量原初黑洞大约有一颗葡萄柚那么大，而一个有十倍地球质量的黑洞大约有保龄球那么大。但是引力只与质量有关。如果原初黑洞进入了我们的太阳系，那么它可以像理论上的行星9号一样绕太阳公转，并且拖拽附近的矮行星和小行星。我们没有任何办法从引力效果上区分相同质量的原初黑洞和行星。

图像显示了五个地球质量的黑洞事件视界的精确大小。（注意：它可能不会在屏幕上以正确的大小显示，但是请想象一下如果将其打印出来，使空白区域与一张纸一样宽的话那么它将看起来有多大。）

Credit：Jakub Scholtz和James Unwin

Unwin说，原初黑洞宇宙模型也为希格斯机制和其它基本物理现象提供了很好的解释。因此，我们有充分的理由认为原初黑洞确实存在，无论它们是否最终出现在我们的太阳系或任何其它恒星系统中。但是目前为止还没有人发现过它们。

黑洞会弯曲光线

不过，Unwin说，最近我们可能发现了它们存在的证据。

Unwin说：“我认为很多天文学家还不知道这些证据，所以我们在试图让更多人注意到它们。”

波兰进行了一项名为光学引力透镜实验（OGLE）的观测计划，它在天空中不断扫描以寻找微引力透镜。微引力透镜现象是指当“较小”（与产生强引力透镜扭曲了背景星系图像的星系团相比）的前景物体（例如行星）直接经过背景物体（例如恒星）前方时发生的现象，前景物体将充当透镜，扭曲并放大来自其后面物体的光线，这种光线弯曲的效果就像恒星瞬间变亮了一样。

但是OGLE发现了六次奇怪的现象。具体来说，它发现了一些非常短的微透镜事件，持续时间不到0.3天，这表明某种质量在0.5到20倍地球质量的天体以非常快的速度掠过了恒星。Unwin说，这不符合行星产生的微引力透镜的特征，所以我们有充分的理由怀疑这六个天体可能是原初黑洞。（另一种可能性是非常快速移动的“自由运动行星”在恒星系外围运动，但是目前的行星模型并没有预测宇宙中会产生很多这样的行星）。而且，这些物体位于距离银河系核球约26,000光年的地方，所以相比行星，我们更容易联想到原初黑洞。

Scholtz说，如果那六个物体是古老的小黑洞，这意味着这种黑洞在宇宙中并不罕见。他说，它们大多数不会出现在每个恒星系统中，而是在太空中自由漂浮，但是如果我们的太阳系幸运地捕获了一个原初黑洞，那也不是什么令人震惊的事。

行星9号是原初黑洞的理论可以同时解释两个问题：海外天体轨道异常和OGLE异常。

Unwin说“让我们非常兴奋的事情是，产生这两个问题的天体有着相同的质量范围。”

Scholtz补充到“这就是问题的关键， 失踪的行星质量范围在5至20个地球质量之间，而产生OGLE异常现象的天体质量范围也在0.5至20个地球质量之间。也许这不是一个巧合。”

Unwin说，如果产生TNO（海外天体）异常的天体真的是一个黑洞，那就太棒了。因为它可以证明原初黑洞的存在，并给出它们质量范围的限制，这可以给出它们在宇宙中确切的形成时间，同时也将解释物理学的许多其它现象是如何产成的。

不过，两位假说的提出者都表示，我们还没有证据表明，在太阳系或者宇宙中真的存在原初黑洞。TNO（海外天体）异常并不一定真的由某个天体造成，而OGLE异常也可能只是设备故障的结果。

行星9号是否存在？

一些天文学家怀疑那里根本没有任何东西。

未参与Unwin和Scholtz的研究的俄克拉荷马大学的天文学家Nathan Kaib说：“我对PBH（原初黑洞）了解得并不多，也不知道它们在外太阳系中有多少。不过，我会对行星9号的存在持必要的怀疑态度。”

他说，TNO（海外天体）的轨道异常似乎是真实存在的，但是未知行星隐藏在TNO（海外天体）之外的想法并不能很好地解释它。而且，正如他在7月2日在《The
Astronomical Journal》上发表的论文中所写的那样，行星 9号应该会产生其它未出现在数据中的异常。

Kaib说“这让我对未知行星的存在有些怀疑，如果PBH（原初黑洞）能产生与未知行星相同的效果，我也会同样怀疑它，但我并不是在怀疑PBH（原初黑洞）在宇宙中的存在。” 

一些天文学家认为行星9号是存在的，他们的证据足够强，但在已经进行了很长的时间的寻找后仍然一无所获。所以Unwin说，至少我们应该研究一下是否有一些类似行星而不是行星的物体产生了这种现象。

他们在arXiv上尚未经过同行评审的的一篇论文中提出的一种研究方法是寻找暗物质湮灭的迹象。PBH（原初黑洞）的理论表明，它们被致密的暗物质包围着，即使在数十亿年之后也可能有部分保留下来。一些暗物质理论表明，暗物质有时会“湮灭”并变成我们可以探测到的伽玛光子。

对于研究者而言，这样的研究还将解决第三个巨大的物理问题：暗物质是否可以变成我们可探测的粒子。

研究人员写道，我们的望远镜可能已经探测到了这些伽马光子。因此，他们要做的下一步是检查费米伽马射线望远镜的数据以研究是否可以找到任何线索。

有人认为微小的黑洞遍布了整个宇宙，而新的研究假设太阳系可能已经捕获了其中一个。

Credit:nagualdesign/Tom Ruen/Wikimedia commons

Scholtz说：“宇宙中有无限可能，也许就在一次偶然的事件中，伽马射线望远镜会发现一个小黑洞，我们甚至可以进行专门的观测。这可能是一个发现真正的黑洞的机会。想想就令人兴奋！”

不过，没人对此有任何把握。

根据一直致力于“行星9号”假设但没有参与新研究的Konstantin Batygin的说法，原初黑洞绝对有可能在其模型中替代“行星9号”，但这并不意味着事实上是这样。

Batygin说：“最重要的一点是，所有的计算都只可以知道“行星9号”的质量而非成分。因此，理论上，“行星9号”可以是行星，土豆，黑洞，汉堡等，只要其质量和轨道参数正确即可。”

尽管Batygin并不完全相信外太阳系存在黑洞的假说会比行星9号更合理，但他也承认自己对是否要彻底推翻旧的理论犹豫不决。

或者，我们对太阳系中存在原初黑洞这个离奇的假说的态度应该正如Batygin所说：“我喜欢一直保持开放的态度。”

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

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

『天文时刻』 牧夫出品

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远征60号宇航员Christina Koch在从哈萨克斯坦发射升空后拍摄了联盟号MS-15号升降机。

Credit：NASA