太陽系有黑洞嗎?它圍繞太陽公轉嗎?

2020-12-03 關注未來世界

黑洞按質量大小不同可以分為好幾種,大質量恆星死亡後形成的是恆星質量黑洞,銀河系中央的人馬座A*是一個超大質量黑洞,還有一種小黑洞名叫「原初黑洞」。「原初黑洞」是一種古老而神秘的黑洞,它們最早形成於宇宙誕生初期。原初黑洞形成之後,如果周圍環境不好,吞噬的速度不夠快,那麼根據霍金輻射的原理,這個原初黑洞會逐漸蒸發,越來越「瘦」。反之,如果周圍環境比較好,它就可能長成一個大型黑洞。跟據推算,原初黑洞的最低質量有一個下限,大約是10^12公斤,遠遠小於地球的質量6×10^24公斤。

黑洞家族都有個優秀的品質:不會發光。原初黑洞雖然是個小弟弟,卻也不例外。因此人類無法直接通過光學望遠鏡看到原初黑洞,只能通過引力場效應來推測它的存在。

2006年,第26屆國際天文聯合會(IAU)更新行星的定義,正式將冥王星踢出太陽系九大行星的行列,在那之後,太陽系第九大行星就一直虛位以待。近日,英國杜倫大學的物理學家雅各布·舒爾茨(Jakub Scholtz)與美國伊利諾斯大學的傑姆斯·恩溫(James Unwin)撰文論述了一項大膽的設想——太陽系第九大行星或許是一個原初黑洞。

太陽系裡有一些天體離太陽很遠,公轉周期也很長。比如賽德娜(Sedna),它與太陽之間的距離達到76倍地日距離(又稱76個天文單位)。相比之下,冥王星到太陽的距離也不過只有它的一半左右(40個天文單位)。可見賽德娜距離太陽那是相當遙遠了。天文學家發現,賽德娜的軌道與其它八大行星的軌道有很大的不同,與地球公轉軌道面之間的夾角達到近50度。並且,這不是一個獨立的個體現象,在太陽系的邊緣地帶,有大量類似於賽德娜的小行星都具有很大的軌道夾角。最合理的解釋就是,在距離太陽很遙遠的柯伊伯帶,有一個「大質量天體」,它的引力影響了賽德娜等一眾小行星的運動軌跡。

科學家計算出,「大質量天體」的質量是地球質量的5~15倍之間,距離太陽有300~1000個地日距離,其繞太陽公轉一圈大約需要3萬年。

舒爾茨及其合作者推測說,這個「大質量天體」可能是一個原初黑洞。按照黑洞的密度來推算,這枚「大質量天體」的直徑只有45毫米,差不多像一顆網球那麼大。要在茫茫宇宙空間中尋找這樣一顆不會發光的小黑洞談何容易。假如有一天可以證實,它將是太陽系第九大行星的不二之選。

結語

雖然2019年諾貝爾物理獎頒發給了探索系外行星的成就,然而事實上,我們對太陽系,乃至地球自身還有許多未知。

如果太陽系有個網球大小的小黑洞,真想把它抓回來看看。

參考資料:Jakub Scholtz, James Unwin, What if Planet 9 is a Primordial Black Hole? arXiv e-print, 2019, 1909.11090.

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