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太陽(yáng)系“老九”是個(gè)黑洞? 猜測(cè)很大膽,驗(yàn)證卻很難

   2019-10-15 經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)
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核心提示:  NASA  曾經(jīng)的“老九”冥王星,如今已經(jīng)“淪落”為一顆矮行星。 不久前,國(guó)外兩位天文學(xué)家提出大膽設(shè)

  NASA

  曾經(jīng)的“老九”冥王星,如今已經(jīng)“淪落”為一顆矮行星。

不久前,國(guó)外兩位天文學(xué)家提出大膽設(shè)想:太陽(yáng)系中“時(shí)隱時(shí)現(xiàn)”的第九大行星,很可能是一個(gè)原初黑洞。

太陽(yáng)系里有一黑洞,操控了遙遠(yuǎn)的天體?有專家表示,這是個(gè)有趣的假想,但以現(xiàn)在的觀測(cè)能力很難證實(shí)或證偽。

空缺的王位,又有新的爭(zhēng)奪者

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

然而,科學(xué)家后來(lái)意識(shí)到,在太陽(yáng)系外圍空間里,冥王星似乎“遠(yuǎn)不夠看”。1992年開(kāi)始陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些遙遠(yuǎn)的冰石結(jié)構(gòu)天體,體量跟冥王星差不多。2005年更是發(fā)現(xiàn)了鬩神星,比冥王星質(zhì)量還多出27%!冥王星都能算九大,鬩神星不排個(gè)第十,說(shuō)不過(guò)去。

天文學(xué)家當(dāng)機(jī)立斷,2006年8月舉行的第26屆國(guó)際天文聯(lián)會(huì)通過(guò)決議:冥王星劃為矮行星,從太陽(yáng)系九大行星中除名。普魯托悲慘退位,成了134340號(hào)小行星。

但第九大行星的王位,沒(méi)那么容易取消。近5年來(lái),一些新的發(fā)現(xiàn)讓人猜測(cè):太陽(yáng)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(gè)新人加入了王位爭(zhēng)奪戰(zhàn)——arXiv.org張貼了一份論文,英國(guó)杜倫大學(xué)的雅各布·舒爾茨(Jakub Scholtz)與美國(guó)伊利諾斯大學(xué)的杰姆斯·恩溫(James Unwin)提出了一個(gè)大膽的設(shè)想:太陽(yáng)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(xué)家在柯伊伯帶(海王星軌道之外的黃道面附近區(qū)域)發(fā)現(xiàn)一些天體,軌道離太陽(yáng)遠(yuǎn)的時(shí)候居然可達(dá)到幾百個(gè)天文單位(一個(gè)天文單位即太陽(yáng)與地球間的距離)。一開(kāi)始這被解釋為海王星引力散射效應(yīng)。但很快,新第九大行星的猜想被提了出來(lái)。

導(dǎo)致冥王星降級(jí)的“罪魁禍?zhǔn)住保绹?guó)加州理工學(xué)院的邁克·布朗,在2016年和同事發(fā)現(xiàn):柯伊伯帶中6顆天體有奇怪的軌道,它們的近日點(diǎn)都指向一個(gè)方向。就像6塊以不同速率轉(zhuǎn)圈的鐘表,但指針都向著一個(gè)方向。如果海王星是幕后操盤者,它們的指向早該彌散,不會(huì)這么集中。

而且6顆天體離太陽(yáng)最近時(shí),距離也超過(guò)了40個(gè)天文單位,海王星假說(shuō)也不好解釋。

邁克·布朗和同事計(jì)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(xiàn)身的大家伙”更為現(xiàn)實(shí)。

天文學(xué)家、南京大學(xué)教授周禮勇接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō),最初很多人反對(duì)“P9”的存在。隨著近幾年不斷的新發(fā)現(xiàn),證實(shí)第九大行星存在的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性逐漸提高。

雖未觀測(cè)到“P9”,但有人通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬推測(cè)了它的參數(shù):距離太陽(yáng)200至800個(gè)天文單位,質(zhì)量是地球的5—10倍,繞太陽(yáng)一圈得3萬(wàn)年……

流浪的不一定是地球,還可能是黑洞

天文學(xué)家過(guò)去相信,在海王星外存在新行星的可能性非常小,因?yàn)檫@個(gè)區(qū)域的物質(zhì)太稀薄,要長(zhǎng)出一顆大行星,需要時(shí)間太漫長(zhǎng)。但是,如果太陽(yáng)系是從茫茫宇宙里“擄掠”了一顆現(xiàn)成的行星呢?這個(gè)可能性是值得考慮的。

“實(shí)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?!毖芯刻?yáng)系外行星的天文學(xué)家、南京大學(xué)副教授謝基偉告訴科技日?qǐng)?bào)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(guò)捕捉影像的微弱變形——光線被沿途某顆天體的質(zhì)量扭曲了,來(lái)尋找系外行星存在的線索。通過(guò)這種方法我們觀測(cè)到不少“蛛絲馬跡”,說(shuō)明未知的黑暗里有許多無(wú)組織無(wú)紀(jì)律的“流浪漢”。

在懷疑有“P9”的區(qū)域,光學(xué)引力透鏡實(shí)驗(yàn)(OGLE)觀測(cè)到了引力異常。至少6個(gè)微引力透鏡事件表明了該區(qū)域引力異常,暗示存在一個(gè)自由漂浮天體,其質(zhì)量范圍在5—15個(gè)地球質(zhì)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(cè),該天體可能不是一顆流浪行星,而是一個(gè)流浪黑洞。它被太陽(yáng)系拉攏入群,攪亂了外圍天體的軌道。

一般來(lái)說(shuō),天文學(xué)家觀測(cè)到的黑洞,是恒星死亡坍塌后聚集而成的。而存在于理論設(shè)想中的原初黑洞,是另一回事。霍金對(duì)這個(gè)概念貢獻(xiàn)很大:那是宇宙大爆炸后不久產(chǎn)生并遺留至今的“文物”。

大爆炸之前的宇宙被天文學(xué)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(méi)崩開(kāi)”就壓縮成質(zhì)量無(wú)限大的點(diǎn)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(yáng)系常見(jiàn)的小行星質(zhì)量類似。

這些黑洞隨后漂流宇宙各處。一些通過(guò)霍金輻射消散,像冰塊一樣化掉了;一些則吸收物質(zhì)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(zhì)量為地球數(shù)倍的原初黑洞來(lái)解釋;一個(gè)原初黑洞可能被太陽(yáng)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(yán)謹(jǐn)?shù)募僭O(shè),仍有不少反對(duì)的聲音

“這篇論文思路還是很嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的,不是瞎猜想。”謝基偉說(shuō),“但作者也說(shuō)這只是一種可能性。引入黑洞的概念,可能大家會(huì)覺(jué)得很有意思、很奇特。但下一步還無(wú)從著手。何況有沒(méi)有第九大行星還是問(wèn)題?!?/p>

舒爾茨和恩溫表示,如果“P9”是一個(gè)原初黑洞,或許能通過(guò)外圍的“暈”——黑洞外層正負(fù)電子湮滅發(fā)出的光,來(lái)確定它的存在。但一位行星學(xué)家告訴科技日?qǐng)?bào)記者,由于黑洞很小,而且不確定在什么位置,這種觀測(cè)是很難實(shí)現(xiàn)的。

“我個(gè)人不太喜歡原初黑洞這個(gè)想法?!币晃粡氖滦行茄芯康膶<腋嬖V科技日?qǐng)?bào)記者,“感覺(jué)近乎神秘學(xué)——能解釋一些現(xiàn)象,但是基本上永遠(yuǎn)看不到?!?/p>

“柯伊伯天體的發(fā)現(xiàn)者,大衛(wèi)·朱伊特(David Jewitt)甚至壓根兒就不相信‘第九行星’的存在。”這位專家表示,大衛(wèi)·朱伊特在接受電視采訪時(shí),直接說(shuō)不認(rèn)為“P9”存在。他認(rèn)為,黑洞假說(shuō)透露出科學(xué)家對(duì)取得“重大發(fā)現(xiàn)”的心態(tài)是急切的。但這個(gè)理論離可驗(yàn)證的階段還遠(yuǎn)。

眾說(shuō)紛紜的一個(gè)重要原因,是以目前人類的技術(shù)水平,觀測(cè)海王星外天體還很困難。盡管人類已經(jīng)觀測(cè)到幾千顆太陽(yáng)系外行星了。

“不識(shí)廬山真面目,只緣身在此山中?!敝x基偉說(shuō),“觀測(cè)系外行星,基本上是通過(guò)觀察恒星光譜的凌星效應(yīng)或多普勒效應(yīng),間接推斷行星的情況。而對(duì)太陽(yáng)系內(nèi)行星就可以直接觀測(cè)。行星的亮度與它和太陽(yáng)距離成反比。太遠(yuǎn)的天體,接收光線就弱,反射光線更弱?!?/p>

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(shuō):“那些太陽(yáng)系邊緣的天體,很多是通過(guò)哈勃望遠(yuǎn)鏡看到的;等韋伯望遠(yuǎn)鏡工作以后,我們的觀測(cè)水平會(huì)改善一點(diǎn)。”(高博)


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