Планета X - почему бы вместо нее не создать крошечную черную дыру?
AstroNews.ru - 17 Августа 2020 23:27:41
Планета X имеет долгую и легендарную историю «несуществования». В течение примерно 130 лет астрономы обсуждали существование дополнительной планеты или планет, чтобы объяснить расхождения в орбитах известных планет (главным образом Нептуна и Урана). Позже список расхождений был расширен, чтобы охватить транснептуновские объекты. Но ни у одного из обнаруженных кандидатов на Планету X, включая Плутон, нет массы или местоположения, чтобы объяснить наблюдения.
Первичные черные дыры теперь были предложены в качестве последней планеты X (или Планеты 9, поскольку Плутон был понижен в должности).
Орбитальная странность
Происхождение планеты X начинается с открытия Нептуна. Нептун был найден не случайно: наблюдения странностей на орбите Урана были использованы для вычисления местоположения Нептуна, и впоследствии он был найден.
Это игра, в которую можно играть не один раз. Астрономы тогда отметили, что орбиты Урана и Нептуна можно было бы лучше объяснить существованием другой большой планеты. Последующие наблюдения обнаружили множество объектов: Плутон и Харон, Седна и Эрида и многие другие. Ни одно из этих далеких тел не достаточно велико, чтобы быть планетой X. Но некоторые их орбиты могут также указывать на необходимость новой планеты.
Некоторые транс-нептуновские объекты имеют очень странные орбиты. Многие из них сгруппированы и имеют высокоэллиптические орбиты, и есть подгруппа, которая вращается далеко за пределами плоскости, в которой вращаются планеты. Это необычно, так как действие гравитации и природа диска, который образовал планеты, как правило, держит все близко в одной и той же орбитальной плоскости. Обнаружение сильно наклоненных орбит предполагает, что что-то вытягивает объекты обратно из плоскости.
Планета, которая достаточно велика и удалена от Солнца, могла бы объяснить эти орбиты. Действительно, исследователи вычислили диапазон различных масс и орбит планет, которые могут объяснить поведение таких объектов, как Седна.
По счастливому совпадению требуемые массы и расстояния соответствуют наблюдаемой аномалии гравитационного линзирования - избытку событий, когда гравитационное влияние невидимого объекта искажало свет далеких звезд. То есть там масса, и она невидима. Может ли это быть новая планета?
Серия маловероятных событий
Итак, масса вроде бы есть, но откуда она взялась? Планета должна была бы находиться примерно в 300-1000 а.е. от солнца (для справки, орбита Нептуна составляет всего 30 а.е.), где очень мало материала или газа. Проще говоря, планета не могла там образоваться. Одна из возможностей состоит в том, что планета сформировалась ближе к Солнцу и была вытеснена оттуда взаимодействием с одним или несколькими газовыми гигантами. Однако для стабилизации на дальней орбите требуется пролетающая звезда (или что-то подобное), что представляется маловероятным. Остается вариант, что наше Солнце захватило свободно блуждающую планету.
Но странники должны были быть изгнаны из своей собственной Солнечной системы, а это означает, что большинство из них движется с «хорошей» скоростью. Следовательно, вероятность захвата такой планеты на требуемой орбите невелика, хотя и не исключена.
В новой статье утверждается, что если мы рассматриваем маловероятное событие, то почему бы не создать первичную черную дыру? Первичные черные дыры могли образоваться вскоре после Большого Взрыва. И, в отличие от черных дыр, образованных из коллапсирующих звезд, они могут иметь массу от крошечной (10 мкг (10µg)) и выше. Это означает, что должно быть несколько с правильным диапазоном масс. Сколько - это вопрос предположений.
Вдохновленные этой идеей, исследователи начали использовать d20s: они установили для первичных черных дыр произвольно низкое значение, а затем пришли к выводу, что захват черной дыры примерно такой же вероятный, как и захват блуждающей планеты.
Назвался груздем - полезай в кузов
Если бы планета X действительно была черной дырой, как бы мы узнали? Исследователи утверждают, что аннигиляция темной материи - это то, что нужно искать.
Никто не знает, существуют ли первичные черные дыры. Никто не знает, аннигилирует ли темная материя, а если и аннигилирует, то нет никакой уверенности, что она делает это обнаружимым образом - темная материя может аннигилировать сама с собой, чтобы создать другие формы темной материи, оставляя нас, ну, в темноте. Таким образом, спекулятивный продукт ранней Вселенной не может быть непосредственно обнаружен, если другой спекулятивный процесс не происходит правильным образом. В этом случае можно подтвердить, является ли первичная черная дыра частью нашей Солнечной системы.
В основе этого предположения лежит интересное совпадение: необъяснимые явления гравитационного линзирования, которые оказались правильной массой и расстоянием, чтобы объяснить некоторые очень странные орбиты транснептуновых объектов. Кажется, что это совпадение требует единственного объяснения, что и пытаются сделать исследователи. Это делает их карточный домик полезным.
Исследование опубликовано в Physical Review Letters, 2020, DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.051103 (О DOIs)