Är Planet 9 verkligen ett ursprungligt svart hål?

Konstnärens intryck av Planet 9 nagualdesign; Tom Ruen / Wikimedia commons

Astronomer är på spåren av något stort. Deras mål är mellan 5 och 15 gånger jordens massa och kretsar runt solen bortom Neptunus. Detta är Planet 9, den sista oupptäckta kroppen i omloppsbana i solsystemet. Och dess upptäckt väntas inom en inte alltför avlägsen framtid.

Anledningen till spänningen är de växande bevisen för att Planet 9 måste finnas där ute. Astronomer kan se att andra trans-neptuniska kroppar – asteroider, kometer och liknande – verkar samlas i mönster som inte lätt kan förklaras om inte en stor planet sköter dem på något sätt.

Dessa bevis antyder planetens massa men tyder också på att den måste vara långt borta - kanske 250 gånger avståndet från jorden till solen, vilket är anledningen till att det är så svårt att upptäcka.

Men idag säger astronomer att det kan finnas en annan anledning till att ingen har sett Planet 9: för att det kanske inte är en planet alls. Istället, säger de, kan vårt solsystem kretsas runt av ett ursvart hål - en supertät materia som är lika stor som en tennisboll. Och om så är fallet måste vi söka efter det på ett helt annat sätt.

Först lite bakgrund. Kosmologer har länge antagit att det tidiga universum var fyllt av kvantfluktuationer som fick materia att koncentreras i vissa regioner och frånvarande i andra.

Vissa av dessa regioner skulle ha varit enorma och skapat hela galaxer. Men de flesta skulle ha varit små, med många innehållande tillräckligt med massa för att fånga ljus – med andra ord för att bilda svarta hål.

Dessa så kallade primordiala svarta hål är helt annorlunda än de som bildas av kollapsen av stora stjärnor eller de supermassiva som rasar i galaxernas centrum (och som nyligen har avbildats för första gången).

Istället är de ursprungliga svarta hålen små och många men svåra att upptäcka. Det finns faktiskt få bevis för deras existens.

Ett ursvart hål med fem jordmassor (verklig storlek 5 cm)

Åtminstone var det fallet fram till tidigare i år, då astronomer rapporterade om ett antal förbryllande observationer som pekade på möjligheten att ursvarta hål trots allt kan vara vanliga.

Dessa observationer kommer från ett experiment som kallas Optical Gravitational Lensing Experiment, eller OGLE, som letar efter förändringar i ljusstyrkan hos avlägsna stjärnor och galaxer orsakade av gravitationslinser. Detta är det relativt sällsynta fenomenet där en stor massa fokuserar ljuset från ett föremål bakom den och fungerar som en lins. Om dessa objekt riktas in på ett sätt som placerar jorden i fokus, får astronomer en förstorad bild av det mer avlägsna objektet gratis.

De flesta gravitationslinser är enorma – till exempel hela galaxer som fokuserar ljus från ännu mer avlägsna galaxer bakom dem. Men OGLE har upptäckt ett antal linser som verkar vara mycket mindre och närmare, sittande i vår egen galax. Dessa föremål är mycket kompakta och ungefär fem gånger massan av jorden.

Ingen vet vad de är men en möjlighet är att de är ursprungliga svarta hål. Om så är fallet måste vårt universum fyllas med dem.

Denna möjlighet har uppmärksammats av Jakub Scholtz vid Durham University i Storbritannien och James Unwin vid University of Illinois i Chicago. Om OGLE-händelserna beror på en population av ursprungliga svarta hål så är det möjligt att orbitala anomalier för trans-neptuniska objekt också beror på ett av dessa ursprungliga svarta hål som fångades av solsystemet, säger de. Om så är fallet är vi mycket närmare ett ursprungligt svart hål än vi någonsin föreställt oss.

Scholtz och Unwin utforskar denna idé idag. De säger att Planet 9 kan ha nått sin nuvarande position på bara ett av tre sätt. Den första är att den bildades på denna avlägsna plats. Detta är dock osannolikt eftersom det inte har funnits tillräckligt med tid sedan solsystemets bildande för att den nödvändiga ansamlingen ska ha skett på det avståndet.

Den andra möjligheten är att planeten bildades närmare solen och sedan på något sätt slungades ut till sin nuvarande plats. Även detta är osannolikt, eftersom det skulle ha krävt en katastrofal händelse som en närliggande stjärnas bortgång. Men det finns inga bevis för att detta har hänt under solsystemets livstid.

Den sista möjligheten är att Planet 9 var en fritt flytande planet som fångades av solens gravitationsfält. Lite är känt om fritt flytande planeter och deras antal i galaxen.

Men Scholtz och Unwin poängterar att om denna typ av fångst är möjligt, så är fångst av ett ursprungligt svart hål också. Vi hävdar att även om det finns en låg sannolikhet att fånga ett ursvart hål från jordmassan, är det inte mer osannolikt än att fånga en fritt flytande planet med liknande massa, säger de.

De fortsätter med att beräkna fångstsannolikheten baserat på antalet närliggande ursprungliga svarta hål som OGLE-observationerna föreslår.

En konsekvens av denna teori är att Planet 9 kommer att vara omöjlig att upptäcka med synligt ljus och infraröda teleskop. Det betyder att astronomers nuvarande sökningar efter planeten är dömda att misslyckas.

Ett ursvart hål skulle ha en helt annan signatur, säger Scholtz och Unwin. De antar att den skulle omges av en gloria av mörk materia och att förintelse av mörk materia partiklar skulle generera gammastrålar.

Denna signal kan till och med vara tillräckligt stark för att observeras av Fermi Gamma Ray Space Telescope. Scholtz och Unwin säger att de planerar att leta efter denna signal i Fermi-data någon gång i framtiden.

Det är fascinerande arbete som ger ett helt nytt perspektiv på Planet 9 och hur astronomer bör leta efter den. Det väcker också utsikterna att en av våra grannar är mer exotisk än någon föreställt sig. Ett ursvart hål utanför vår tröskel? Tycker om det!

Ref: arxiv.org/abs/1909.11090 : Tänk om Planet 9 är ett ursprungligt svart hål?

Dölj