Астрономи запідозрили в Дев'ятій планеті крихітну чорну діру

Вчені запропонували гіпотезу, згідно з якою в галактичних околицях Сонячної системи може знаходитися помітна концентрація невеликих чорних дір. У такому разі можна пояснити надлишок подій мікролінзування, а також з цієї ідеї випливає, що Дев'ята планета, на користь існування якої говорить низка непрямих свідчень, може виявитися захопленою в гравітаційний вплив Сонця чорною дірою з масою близько п'яти мас Землі, пишуть автори в препринті на сайті arXiv.org.

Оновлено: у липні 2020 року стаття опублікована в.

На даний момент твердо встановлено наявність восьми великих планет в Сонячній системі, а також великої кількості карликових планет, до яких відносяться такі тіла, як Плутон, Церера, Еріда, Макемаке та інші. Однак далі орбіти Плутона знаходиться погано вивчений пояс Койпера, в якому можуть перебувати поки не виявлені об'єкти з довгими періодами.

При цьому в орбітальних параметрах відомих об'єктів у поясі Койпера спостерігаються аномалії. Зокрема, орбіти тіл з найбільшими періодами групуються в одному напрямку, у деяких об'єктів спостерігаються дуже витягнуті орбіти, в той час як у інших - сильно нахилені до площини екліптики.

У 2016 роки астрономи опублікували статтю, в якій запропонували пояснити всі незвичайні властивості орбіт об'єктів з поясу Койпера впливом нової досить великої планети - гіпотетичної Дев'ятої планети Сонячної системи. Якщо ця гіпотеза вірна, то планета може мати масу в межах від 5 до 15 земних, а при русі по орбіті вона знаходиться від Сонця в 300-1000 астрономічних одиниць.

З іншого боку, існує ще одна відома астрономам спостережна аномалія - надлишок подій мікролінзування тривалістю 0,1- 0,3 дня. Це явище полягає в тимчасовому підвищенні яскравості зірки, коли поблизу променя зору між нею і спостерігачем проходить інше масивне тіло. Надлишок спостерігається для лінз, маса яких становить приблизно 0,5-20 мас Землі, а знаходяться вони в основному в напрямку на балдж Галактики, розташований на відстані близько восьми кілопарсек, - далеко за межами поясу Койпера.

Вчені висували кілька можливих пояснень спостережуваному надлишку подій мікролінзування. Зазвичай вважається, що він пов'язаний з популяцією вільнолітаючих планет-сиріт, які переміщуються в міжзоряному просторі і не пов'язані гравітаційно ні з якою зіркою. У цьому випадку пояснення існування Дев'ятої планети інше: у минулому вона могла бути одним з таких мандрівних тіл, яке було захоплене тяжінням Сонця.

У роботі астрономів Якуба Шольца (Jakub Scholtz) з Даремського університету (Великобританія) і Джеймса Анвіна (James Unwin) з Іллінойського університету в Чикаго (США) запропонована нова ідея, яка дозволяє одноподібно пояснити обидві аномалії. Автори пропонують розглянути можливість того, що, як Дев'ята планета, так і надлишкові мікролінзування можуть бути пояснені не планетами, а первинними чорними дірами, що з'явилися в ранньому Всесвіті.

Існує кілька типів чорних дір, які відрізняються механізмом освіти. Найчастіше мова йде про надмасивні чорні діри, які знаходяться в центрах галактик, а також чорні діри зоряних мас, які виходять в кінці еволюції масивних світил в результаті вибуху наднової. Однак теоретики висували гіпотези, що чорні діри могли формуватися в дуже ранньому Всесвіті безпосередньо з щільної і гарячої плазми, що існувала тоді. Основною відмінністю таких первинних чорних дір є зовсім інший спектр мас. Зокрема, вони можуть бути дуже маленькими, в той час як в результаті зіркової еволюції подібних вийти не може.

Астрономи відзначають, що підтвердження гіпотези подібного формування чорних дір в контексті пошуків Дев'ятої планети вимагатиме принципово інших спостережень, ніж передбачаються в разі планетної природи цього об'єкта. Так, щоб відкрити планету на такій великій відстані від зірки, потрібні спостереження в далекому інфрачервоному або мікрохвильовому діапазонах, оскільки її температура буде дуже мала. Водночас чорну діру з подібними характеристиками таким способом не знайти взагалі.

Чорна діра з масою в п'ять земних буде радіусом всього приблизно 4,5 сантиметра (у статті автори наводять відповідне зображення в масштабі 1 до 1). Безпосереднє випромінювання навіть такої чорної діри вкрай мало: вона володіє температурою в 0,004 кельвіна, а пов'язане з нею випромінювання Гокінга буде також вкрай слабким. Однак оскільки такі чорні діри повинні бути дуже старими, то навколо них встигнуть сформуватися мінігало з темної матерії, що простягаються на кілька астрономічних одиниць.

У багатьох моделях темної матерії передбачається, що її частинки можуть анігілювати при взаємодії один з одним. Наприклад, так має відбуватися в разі нейтраліно - гіпотетичної частинки, яка являє собою суміш суперпартнерів Z-бозона, фотона і бозона Хіггса. Нейтраліно відноситься до майоранівських ферміонів, тобто є античастицею по відношенню до себе самої. У такому випадку безпосередня взаємодія двох таких частинок повинна призводити до їх анігіляції, що буде супроводжуватися спалахом в гамма-діапазоні.

У висновку автори пишуть, що необхідно проводити пошуки Дев'ятої планети в додаткових діапазонах високоенергетичного випромінювання, а не тільки в довгохвильовій області. На їхню думку, єдиним способом довести, що Дев'ята планета є первинною чорною дірою, буде виявлення рухомого джерела гамма- або рентгенівських променів. Пошук інших первинних чорних дір можна здійснювати аналогічним чином.

Нещодавно астрономи заборонили темній матерії складатися з первинних чорних дір з масою Місяця, змогли за допомогою фотографії тіні чорної діри обмежити масу частинок темної матерії і перевірили теорему про відсутність волосся у таких об'єктів за допомогою гравітаційних хвиль.