科学|太阳系外围的第九颗行星，如果是原始黑洞，将给我们带来什么问题
有行星大小能吞噬彗星的黑洞吗？有可能 。 如果太阳系远处有一个这样的黑洞 ， 有研究人员认为他们会知道怎么去寻找它 。 如果他们可以 ， 我们或许最终会解决9号行星的问题 。
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研究人员是来自哈佛大学的科学教授Avi Loeb博士和哈弗大学的本科生Amir Siraj 。 这篇列出他们想法的文章名为“用LSST寻找太阳系外的黑洞” 。 这篇文章已经被《天体物理学杂志》所接受 。
在海王星的轨道之外 ， 某个具有足够大的质量的天体将柯伊伯带天体群（KBO）吸引到一起 。 第九行星假说可以解释这一情况 。 但找到这个星球是一个几乎不可能的任务 ， 它的存在仍然是一个假设 。
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第九行星（淡绿色 ， 被标记为“P9”）的轨道图和几个海王星外的星体 。 每个背景方块的宽度均为100 AU 。
一些研究人员针对柯伊伯带天体的轨道异常提出了其他解释 。 比如“冰盘”解释 。 另一项研究表明 ， 柯伊伯带天体群本身的共同质量导致这一情况的发生 。
但出现了另外一种可能的解释 。
在新的论文中 ， 两位研究人员提出一个太初黑洞可能潜藏在该区域 。
我们通常认知到的黑洞是恒星黑洞 。 一颗巨大恒星到达生命尽头并在重力作用下坍塌 ， 最终形成恒星黑洞 。 我们通常还了解超大质量黑洞（SMBH） ， 它们位于像我们所处的这样大的星系的中心 。 这些庞然大物的质量可能是太阳的数十亿倍 ， 难以想象的巨大 。
但太初黑洞要小得多 。 根据假设 ， 它们是在大爆炸之后由于密度波动形成的 。 他们没有任何前身星 。
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“……九号行星可能是一个葡萄柚大小、质量是地球五到十倍的黑洞 。 ”阿米尔·西拉杰(Amir Siraj) ， 合著者之一 ， 哈佛大学本科生
勒布（Loeb）和西拉杰（Siraj）并不是首先提出KBO轨道异常是由于存在太初黑洞的人 。 但他们认为 ， 如果那个区域有一个太初黑洞 ， 他们知道如何找到它--持续观察 ， 直到太初黑洞吸收任何其他的物质 ， 比如彗星 。
Siraj在新闻稿中表示：“在黑洞附近 ， 从星际介质进入黑洞的气体 ， 其吸积盘产生的热量使靠近黑洞的小星体融化 。 小星体一旦融化 ， 它们将受到黑洞的潮汐影响 ， 坠入黑洞的吸积盘 。 ”
勒布补充说：“由于黑洞本来很暗 ， 所以物质进入黑洞口时发出的辐射是照亮这种黑暗环境的唯一方法 。 ”
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“我们发现 ， 假如第九行星是黑洞的话 ， 它的存在就可以通过
由奥尔特云的小天体驱使形成的短期吸积耀斑 ， 被LSST（大型全景巡天望远镜）发现 ， 因为这种耀斑每年至少都会被探测到好几次 。 “作者在其论文中写道 。
但是在不知道第九行星位置的情况下 ， 怎么密切关注到它呢？
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这就是维拉C鲁宾天文台的工作 ， 和它对时空的遗留调查 。 （2019年9月 ， 正在智利帕冬山上建造的维拉C鲁宾天文台
图片来源:大型巡天望远镜项目办公室）
LSST是一项为期十年的项目 ， 用以反复绘制南部的天空地图 。 它将以每三个夜晚为一周期通过广角镜头观测整个南部天空 ， 因此它的观测将有利于天文、天体物理和宇宙学等一系列问题的解决 。 同时 ， 它在探测瞬变现象上也很有作用 ， 比如发现超新星、存在潜在危险的星体 ， 甚至是当黑洞吞噬彗星或其他物质时发出的闪光 。
＂LSST视野广阔 ， 通过不断地覆盖整片天空搜寻瞬变耀斑 ， “勒布说 ， “其他望远镜善于瞄准已知目标；但是我们并不知道第九行星的准确位置 ， 我们只知道它可能存在的广阔区域 。 ”西拉杰又补充道:“LSST每周两次探测星空的这一能力非常有值 。 ”此外 ， 它空前未有的深度使它能够探测到相对更小的撞击物所产生的耀斑 ， 而这些耀斑比大型撞击物产生得更为频繁 。
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焦平面是VCR天文台照相机的核心 ， 因为来自数十亿星系的光
都在上面汇聚成一个焦点 。 焦平面由189个电荷耦合度装（CCD）传感器以21组3X3阵列的方式组成 ， 安装在称为筏的平台上 。 整个系统冷却至-100摄氏度左右以减少噪音 。 64厘米宽的焦平面和3.5度的视场相当 ， 这就意味着相机每次曝光都可以捕捉到比40倍满月面积还大的区域 ， 所以一个LSST的图像就相当3000个HST（哈勃太空望远镜）图像 。 （图像来源:LSST组织）
维拉.C.鲁宾天文台拥有自动探测这些耀斑的能力 ， 而其他作用域则需被设定探测位置 。 “这个方法可以探测或排除围困在奥尔特云边缘的行星质量的黑洞 ， 或者大约10万个天文单位 。 ”西拉杰说 。
科学家们怀疑原始黑洞可能就是暗物质 ， 而LSST的观测则有可能确认原始黑洞的存在 ， 或者排除掉 ， 这对回答暗物质/黑洞问题都很有影响 ， “因为这可能涉及到对原始黑洞中包含暗物质的比例提出新的限制 。 ”
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这幅艺术家的画作展示了一个恒星黑洞 ， 它从旁边的一颗蓝色恒星中提取物质 。 恒星黑洞的表亲 ， 原始黑洞 ， 能解释我们宇宙中的暗物质吗？作者：NASA/CXC/M.WeissIf 。 那里有一个黑洞 ， 它很重 ， 但是很小 。 探测它的唯一方法是通过耀斑 。 Siraj说：“对于在外太阳系观测到的异常轨道 ， 有很多推测是关于其他解释的 。 ” 。 “提出的一个想法是行星9可能是一个葡萄柚大小的黑洞 ， 质量是地球的5到10倍 。 ”
我们不知道这个小黑洞多久会爆发一次 ， 但巡天望远镜的优点在于它不需要聚焦在这个区域就能看到耀斑 。 它观察整个南半球 ， 并会注意到发生的一切 。 对耀斑的多次观测将使科学家了解其耀斑速率 。 更好的是 ， 他们可以跟踪它的轨道 。“如果在一年的时间里观测到多次爆发 ， ”作者写道 ， “震源的自身运动可以用来确定波黑的轨道参数 。 ” 如果我们发现太阳系中有一个原始黑洞 ， 那将对我们的理解产生冲击 。 这会立刻引发一堆问题 。 希望有一个任务去研究这个地区 。
“太阳系的外围是我们的后院 。 “找到第九颗行星就像发现一个表妹住在你家后面的小屋里 ， 你从来都不知道 ， ”勒布说 。 “这立刻引发了人们的疑问：为什么会出现这种情况？它是如何获得它的特性的？它塑造了太阳系的历史吗？还有类似的吗?”
作者：EVAN GOUGH
FY：Astronomical volunteer team
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