Twee natuurkundigen denken dat we moeten controleren of er een oud zwart gat van grapefruitformaat in ons zonnestelsel schuilgaat. En dat kleine, zware object zou in feite de plaats kunnen innemen van een theoretische planeet waarvan sommige onderzoekers denken dat ze aan andere objecten in ons zonnestelsel kunnen trekken, de zogenaamde planeet 9.
Betekent dit dat er zich echt een zwart gat schuilhoudt in onze hoek van de ruimte? Nee, zeiden de onderzoekers.
Maar ze hebben een argument voor het bestaan verzameld dat volgens hen overtuigend genoeg is om de moeite van het bekijken waard te zijn.
Hier is hoe het gaat:
Ver weg in de buitenste regionen van het zonnestelsel, voorbij waar Neptunus, onze verste bekende planeet, cirkelt, zijn er een handvol kleine objecten die zich vreemd gedragen. Deze "trans-Nuptuniaanse objecten" (TNO's) bundelen zich op ongebruikelijke manieren, en ze hebben de neiging rond assen te draaien die naar een brede strook van de hemel wijzen, weg van de grotere bekende planeten. Ook kritisch, de TNO's draaien in een ander vlak dan de acht bekende planeten. Dat suggereert dat er iets anders met hun zwaartekracht aan hen trekt.
Sommige astronomen hebben naar dat vreemde patroon gekeken, wat berekeningen uitgevoerd en zijn tot de conclusie gekomen dat er daarbuiten nog een andere planeet moet zijn, een die 10 tot 20 keer de massa van de aarde is en een wankele baan volgt die hem honderden keren de afstand van de aarde tot de aarde draagt. zon. Het is een bizarre theorie, gewoonlijk "Planet 9" genoemd, maar een die astronomen serieus nemen. De jacht op Planet 9 is al jaren aan de gang, waarbij astronomen visueel licht en infraroodtelescopen gebruiken om de buitenste delen van het zonnestelsel te scannen.
'Wat we ons realiseerden, is dat de zwaartekracht het belangrijkste is', zegt Jakub Scholtz, natuurkundige aan de Durham University in Engeland en een van de twee astronomen achter het idee. 'Het hoeft geen planeet te zijn. De meest alledaagse, of misschien wel de meest gezonde verklaring is dat het een planeet is. Maar als theoretische natuurkundigen weten we dat kosmologie uit het vroege universum heel gemakkelijk een reeks zeer interessante nieuwe theoretische lichamen - waarvan er één ... oerzwarte gaten zijn. "
Primordiale zwarte gaten zijn anders
Wanneer we het hebben over zwarte gaten, bedoelen we meestal enorme objecten die worden gevormd wanneer gigantische sterren in zichzelf instorten en hun massa opsluiten in oneindig dichte singulariteiten, omgeven door gigantische 'eventhorizons' waaruit geen licht kan ontsnappen. Maar sommige kosmologen geloven dat in de eerste momenten van het universum, toen alles heet en dicht was en wegvluchtte van de oerknal, en er nog geen sterren waren gevormd, er al zwarte gaten ontstonden.
Deze oergeesten van de schepping van het universum zouden zich hebben gevormd toen brokken van die vroege materie zo dicht op elkaar werden geplet dat ze zich tot singulariteiten verdichtten.
'Dat deel van het universum is zo dicht dat het gewoon een zwart gat wordt', vertelde Scholtz aan WordsSideKick.com.
Deze zwarte gaten zouden kleiner zijn dan stellaire zwarte gaten die zijn gevormd door instortende massieve sterren, zei James Unwin, natuurkundige aan de Universiteit van Chicago en co-auteur van het artikel. En volgens sommige modellen zouden ze slechts een handvol keer zwaarder zijn dan de aarde.
Een zwart gat van die massa zou nergens op lijken, zei Unwin. De horizon van de gebeurtenis zou klein zijn - ongeveer zo groot als een grapefruit als het vijf keer de massa van de aarde is, en de grootte van een bowlingbal bij 10 keer de massa van de aarde. Maar zwaartekracht is zwaartekracht. Als een PBH zijn weg naar ons zonnestelsel zou vinden, zou dat zwarte gat om de zon draaien zoals een planeet dat zou doen, en het zou dwergplaneten en asteroïden voortslepen, net zoals de theoretische planeet 9 dat zou doen. Er zou geen enkele manier zijn om de effecten van de zwaartekracht van een planeet te onderscheiden van die van een oerzwart gat met dezelfde massa.
Dezelfde modellen die primordiale zwarte gaten produceren, zei Unwin, bieden ook de beste verklaring voor hoe het Higgs-mechanisme (waarvan gedacht wordt dat het massa op alle deeltjes doordringt) en andere basisfysica in het universum zijn ontstaan. Er is dus goede reden om te denken dat deze dingen bestaan, ongeacht of ze sindsdien in ons zonnestelsel of een ander zonnestelsel zijn beland. Maar niemand heeft er ooit een gevonden.
Zwarte gaten die licht buigen
Er zijn echter enkele recente aanwijzingen dat ze echt zouden kunnen bestaan, zei Unwin.
'Ik denk dat dit vrij onbekend is in de gemeenschap', zei Unwin, 'en we proberen het echt onder de aandacht te brengen.'
Er is een experiment genaamd het Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) in Polen. Het speurt de lucht af op tekenen van zwaartekrachtige "microlensing", plaatsen in de ruimte waar een planeet of de zwaartekracht van een ander object het pad van een lichtstraal heeft gebogen, waardoor het de aarde raakt. In het geval van de sterren die door OGLE zijn bestudeerd, lijkt deze lichtbuiging gewoon op de ster die tijdelijk helderder wordt.
Maar OGLE heeft iets vreemds gemeld, zeiden ze. Zes keer heeft het zeer korte microlensingsgebeurtenissen gezien, minder dan 0,3 dagen lang, wat wijst op zeer snel bewegende objecten tussen 0,5 aardmassa's en 20 aardmassa's die langs sterren scheuren. Dit is niet hoe planeten er voor OGLE uitzien, zei Unwin, en er is goede reden om te vermoeden dat de zes objecten mogelijk primordiale zwarte gaten zijn. (Een andere mogelijkheid is dat zeer snel bewegende "vrij zwevende planeten" buiten sterrenstelsels bewegen, maar de huidige planetaire modellen zouden niet voorspellen dat veel van dergelijke planeten door het heelal zoemen.)
Als die zes objecten kleine, oude zwarte gaten waren, zei Scholtz, dan betekent dat dat zulke zwarte gaten niet zo zeldzaam zijn in het universum. Je zou niet verwachten dat ze in elk sterrenstelsel zouden verschijnen, zei hij. En de meesten zouden vrij door de ruimte zweven. Maar het zou niet erg schokkend zijn als ons systeem geluk zou hebben en er een zou oppikken, zei hij.
De Planet 9-black hole-theorie verklaart dan twee mysteries: de trans-Neptuniaanse objectafwijking en de OGLE-anomalie.
'Deze twee dingen wijzen op hetzelfde massabereik', zei Unwin. 'Dit is het ding dat ons behoorlijk opgewonden heeft gemaakt.'
'Dat is het belangrijkste', voegde Scholtz toe. "De ontbrekende planeet bevindt zich ergens tussen misschien vijf en twintig aardmassa's, en het OGLE-bewijs wijst ergens tussen 0,5 en 20 aardmassa's. Dus dit is nogal een toeval."
Als de TNO-afwijking inderdaad een zwart gat blijkt te zijn, zei Unwin, dan is dat een groot probleem. Het zou het bestaan van oer-zwarte gaten bewijzen en voor hen een massabereik vastleggen dat zou verklaren wanneer precies in de geschiedenis van het universum dat ze vormden - wat vervolgens zou verklaren hoe heel veel andere stukjes natuurkunde tot stand kwamen.
Betekent dit dat een van de onderzoekers ervan overtuigd is dat er een zwart gat in ons zonnestelsel zit, of zelfs denkt dat er waarschijnlijk een is? Nee, zeiden ze allebei. Het is mogelijk dat de TNO-afwijking niet echt naar een enkel zwaar object verwijst, of dat de OGLE-afwijking een toevalstreffer is, of het gevolg is van defecte apparatuur.
Bestaat Planet 9 zelfs?
Sommige astronomen betwijfelen of er überhaupt iets is.
"Ik weet niet genoeg over PBH's om te weten hoeveel voorraad ik moet aannemen om er een in het verre zonnestelsel te hebben", zegt Nathan Kaib, een astronoom aan de Universiteit van Oklahoma die niet betrokken was bij het werk van Unwin en Scholtz. . 'Ik zal echter zeggen dat ik enigszins sceptisch ben over de noodzaak van planeet 9.'
De TNO (trans-Neptunian object) orbitale anomalie lijkt echt te zijn, zei hij, maar dit idee van de planeet die zich daar buiten de TNO's verbergt, verklaart het niet zo goed. En, zoals hij schreef in een paper dat op 2 juli in The Astronomical Journal werd gepubliceerd, je zou verwachten dat Planet 9 andere afwijkingen veroorzaakt die niet in de gegevens zijn opgedoken.
"Dit laat me enigszins sceptisch over het bestaan van de planeet, en als de PBH dezelfde ... effecten zou moeten produceren als de planeet, dan denk ik dat ik er ook even sceptisch over zou zijn, maar dit is vrij onafhankelijk van het idee van PBH's zelf, 'zei Kaib.
Maar sommige astronomen denken nog steeds dat er een planeet is. En dat bewijs is sterk genoeg, en de jacht op een planeet is lang genoeg doorgegaan, zei Unwin, dat het in ieder geval de moeite waard is om te onderzoeken of een planeetachtig object dat geen planeet is, het effect veroorzaakt.
Een manier om dit te controleren, stelden ze in een nog niet door vakgenoten beoordeeld artikel dat online op de preprint-server arXiv is geplaatst, is om te zoeken naar tekenen van 'vernietiging van donkere materie'. Theorieën van PBH's suggereren dat ze omringd zouden zijn door dichte halo's van donkere materie die gedeeltelijk intact zouden kunnen blijven, zelfs na miljarden jaren van dwalen door het universum. En sommige theorieën over donkere materie suggereren dat de deeltjes soms "vernietigen" en veranderen in gammastraalfotonen. We zouden die fotonen mogelijk op aarde kunnen detecteren.
(Een dergelijke detectie zou definitief een derde gigantisch natuurkundig mysterie oplossen, voor degenen die bijhouden: of donkere materie kan veranderen in deeltjes die we herkennen uit het lichtgevende universum.)
Onze telescopen hebben die gammastraalfotonen misschien al opgepikt, schreven de onderzoekers. Dus, hun volgende stap is om door de gegevens van de Fermi Gamma-ray Space Telescope te kijken, die grote stukken lucht naar de deeltjes scant, om te zien of ze er hints van kunnen vinden.
Als de gammastraaljacht een klein zwart gat oplevert, zei Scholtz, zijn de mogelijkheden eindeloos. We zouden daar zelfs een missie kunnen sturen, zei hij.
'Dit is mogelijk een kans om met een echt zwart gat te spelen', zei hij. 'Hoe spannend is dat?'
Toch wedt er nog niemand op.
