Since 2016, some scientists have suspected that a massive, unseen world may be lurking in the outer solar system — a world called Planet Nine. The evidence comes from the strange orbits of some smaller objects past Neptune that all seem to be influenced by a bulky, hidden planet far beyond Pluto. But then, just last year, scientists thought of another explanation, and it’s straight out of sci-fi. The researchers proposed that the so-called Planet Nine isn’t a planet at all. Instead, they suggest that the solar system could be home to one of the universe’s earliest black holes: a primordial black hole.
Now, Harvard scientists have proposed a way to determine, once and for all, whether Planet Nine actually could be a black hole. Specifically, the new method would scour the outer solar system for evidence of telltale flares that are emitted when a black hole devours a comet or other distant object. Such flares, they say, should be detectable by the upcoming Vera C. Rubin Observatory in Chile, which is expected to begin a 10-year survey of the southern sky within the next few years.
What is Planet Nine?
The Sun’s influence stretches far beyond what most people typically think of when it comes to the solar system. For example, it took 36 years and about 12 billion miles (19 billion kilometers) for the first human-made object, Voyager 1, to leave our Sun’s protective bubble, called the heliosphere. Therefore, it isn’t surprising to learn that scientists are still finding new icy objects orbiting well beyond Neptune, known as Trans-Neptunian Objects (TNOs). At the end of 2018, for instance, researchers announced the discovery of the then-most distant TNO known, nicknaming it FarOut. Just a few months later in 2019, the same team trumpeted their discovery of an even more distant TNO, calling it FarFarOut.
But unlike FarFarOut, FarOut’s orbit — along with a handful of other extremely distant TNOs — is quite strange. Research shows that about a dozen distant TNOs make their closest approach to the Sun, or reach perihelion, at nearly the exact same point in space. But they can’t explain why. These objects are located roughly 100 astronomical units (AU; 1 AU equals the average Earth-Sun distance) from the Sun, which puts them far beyond Neptune’s gravitational influence. This puzzle is what led researchers to calculate how a hidden planet — a world some five to 10 times the mass of Earth and located anywhere from 400 and 1,500 AU from the Sun — may be shepherding these unique TNOs into position.
On the other hand, Planet Nine might not be a planet at all. It could be a primordial black hole — and with Planet Nine’s suspected super-Earth status, that black hole would only be roughly the size of a grapefruit. Theory says that such tiny black holes could have popped into existence within the first few fractions of a second after the Big Bang (making primordial black holes a possible candidate for dark matter). But the existence of these ancient beasts has yet to be confirmed.
Tiny black holes may speckle the universe and its possible that the solar system captured one.
Vera Rubin (Observatory) aims to deliver the final verdict
Normally, black holes are extremely difficult to locate. As their name suggests, nothing, including light, can escape their gravitational grasp once it gets too close. Instead, scientists must pinpoint black holes by observing their influence on nearby objects, or, alternatively, by catching bright flares of light that are emitted when matter spirals into them.
So, to search for black holes in the distant solar system, astrophysicist Avi Loeb of Harvard, along with Harvard undergraduate Amir Siraj, developed a method to seek out flares generated when a black hole encounters small objects in the Oort Cloud, which is a vast shell of potentially trillions of icy bodies that cocoons our solar system. Occasionally, the researchers say, Oort Cloud objects like comets should interact with any black holes lurking around, producing a visible flare of light that the Vera C. Rubin Observatory could detect when it starts its 10-year Legacy Survey of Space and Time (LSST).
This isn’t an entirely new idea, however. Delivering a final verdict on whether a ninth planet is hiding in our solar neighborhood was already one of the goals for LSST. But in terms of spotting a planet-mass black hole, the groundbreaking survey happens to be perfectly suited for the job.
“Neither of us expected it to conveniently fall within the range that LSST is going to look at,” Siraj tells Astronomy. “But also, beyond just a Planet Nine black hole … we can rule out or confirm [any] planet-mass black holes all the way to the edge of the Oort Cloud.”
If LSST does end up spotting a flare from a primordial black hole masquerading as Planet Nine, another telescope of similar sensitivity could then focus on its location for much longer, likely capturing thousands more flares. But Siraj says that even if the survey doesn’t detect any flares, “we can place very tight limits on the fraction of dark matter that’s tied up in primordial black holes.”
All things considered, Loeb and Siraj expect LSST to have definitive proof of whether or not a planet-mass black hole is lurking in the outer reaches of our solar system within the first year or two of the survey. But even with slim chances of success, the researchers can’t help but hold their breath.
“It’s such a small probability, but to have a black hole within reach would be — I think exciting is an understatement,” said Siraj. “It would really open up a new field if we had a black hole in our backyard.”
Încă din 2016, unii oameni de știință au bănuit că o lume masivă, nevăzută, ar putea pândi în sistemul solar exterior – o lume numită Planeta Nouă. Dovezile provin de la orbitele ciudate ale unor obiecte mai mici, de dincolo de Neptun, care par a fi influențate de o planetă voluminoasă, ascunsă, aflată mai departe decât Pluto. Însă, abia anul trecut, oamenii de știință s-au gândit la o altă explicație luată parcă dintr-un roman sci-fi. Cercetătorii au propus că așa-numita planetă Nouă nu este deloc o planetă. În schimb, ei sugerează că sistemul solar ar putea fi gazda uneia dintre cele mai vechi găuri negre ale universului: o gaură neagră primordială.
Acum, oamenii de știință din Harvard au propus o modalitate de a determina, o dată pentru totdeauna, dacă Planet Nine ar putea fi de fapt o gaură neagră. Mai exact, noua metodă ar scana sistemul solar exterior pentru a evidenția apariția jeturilor emise atunci când o gaură neagră devorează o cometă sau un alt obiect îndepărtat. Acestea, spun ei, ar trebui să fie detectabile de viitorul Observator Vera C. Rubin din Chile, care este de așteptat să înceapă un studiu de 10 ani a cerului sudic în următorii câțiva ani.
Influența Soarelui se extinde mult peste ceea ce gândesc de obicei majoritatea oamenilor când vine vorba de sistemul solar. De exemplu, a fost nevoie de 36 de ani și aproximativ 12 miliarde de mile (19 miliarde de kilometri) pentru ca primul obiect fabricat de oameni, Voyager 1, să părăsească bula protectoare a Soarelui nostru, numită heliosferă. Prin urmare, nu este surprinzător să aflăm că oamenii de știință încă găsesc noi obiecte glaciare orbitând mult dincolo de Neptun, cunoscute sub denumirea de Obiecte trans-Neptuniene (TNO). La sfârșitul anului 2018, de exemplu, cercetătorii au anunțat descoperirea celui mai îndepărtat TNO cunoscut, poreclindu-l FarOut. La doar câteva luni mai târziu în 2019, aceeași echipă a trâmbițat descoperirea unui TNO și mai îndepărtat, numindu-l FarFarOut.
Dar spre deosebire de FarFarOut, orbita lui FarOut – împreună cu o mână de alte TNO extrem de îndepărtate – este destul de ciudată. Cercetările arată că aproximativ o duzină de TNO-uri îndepărtate ajung la periheliu aproape exact în același punct din spațiu. Dar nu pot explica de ce. Aceste obiecte sunt situate la aproximativ 100 de unități astronomice (UA; 1 UA este egală cu distanța medie Pământ-Soare) față de Soare, ceea ce le pune mult peste influența gravitațională a lui Neptun. Acest puzzle este ceea ce i-a determinat pe cercetători să calculeze modul în care o planetă ascunsă – o lume de aproximativ cinci până la 10 ori mai mare decât Pământul și situată oriunde de la 400 și 1.500 AU de la Soare – ar putea reține aceste TNO-uri unice.
Pe de altă parte, planeta Nine ar putea să nu fie deloc o planetă. Ar putea fi o gaură neagră primordială și, cu presupusul statut de supra-Pământ al Planetei Nine, acea gaură neagră ar avea doar dimensiunea aproximativă a unui grapefruit. Teoria spune că astfel de mici găuri negre ar fi putut să apară în primele fracțiuni de secundă după Big Bang (făcând găurile negre primordiale un posibil candidat pentru materia întunecată). Dar existența acestor religve străvechi nu a fost încă confirmată.
În mod normal, găurile negre sunt extrem de dificil de localizat. După cum sugerează și numele lor, nimic, inclusiv lumina, nu poate scăpa de gheara lor gravitațională odată ce se apropie prea mult. În schimb, oamenii de știință trebuie să identifice găurile negre prin observarea influenței lor asupra obiectelor din apropiere sau, alternativ, prin captarea unor raze luminoase de lumină care sunt emise atunci când materia se prăbușește în ele.
Așadar, pentru a căuta găuri negre în sistemul solar îndepărtat, astrofizicianul Avi Loeb din Harvard, împreună cu studenta de la Harvard, Amir Siraj, au dezvoltat o metodă de a căuta flăcări generate atunci când o gaură neagră întâlnește obiecte mici în cloud Oort, care este o vastă coajă de potențial trilioane de corpuri înghețate care înconjoară sistemul nostru solar. Ocazional, spun cercetătorii, obiectele din Oort Cloud, cum ar fi cometele, ar trebui să interacționeze cu orice găuri negre care pândesc în întuneric, producând o flacără vizibilă de lumină pe care Observatorul Vera C. Rubin ar putea să o detecteze atunci când își începe studiul său de 10 ani Legacy Survey of Space and Time (LSST ).
Aceasta nu este însă o idee complet nouă. Livrarea unui verdict final cu privire la faptul dacă o a noua planetă se ascunde în cartierul nostru solar era deja unul dintre obiectivele pentru LSST. Dar, în ceea ce privește descoperirea unei găuri negre de masă egală cu a unei planete, LSST se dovedește instrumentul perfect.
„Niciunul dintre noi nu se așteptă ca acesta să se încadreze în mod convenabil în raza de acțiune a LSST”, spune Siraj pentru Astronomy. „Dar vom putea exclude sau confirma [orice] găuri negre până la marginea Norului Oort.”
Dacă LSST sfârșește prin descoperirea unei flăcări dintr-o primordială gaură neagră care se maschează în Planet Nine, un alt telescop de sensibilitate similară ar putea atunci să se concentreze asupra locației sale pentru mult mai mult timp, probabil să capteze mii de alte flăcări. Dar Siraj spune că, chiar dacă sondajul nu detectează niciun fel de flacără, „putem pune limite foarte strânse la fracția de materie întunecată care este legată de găurile negre primordiale”.
Toate lucrurile avute în vedere, Loeb și Siraj se așteaptă ca LSST să aibă o dovadă definitivă dacă o gaură neagră se ascunde sau nu în zona exterioară a sistemului nostru solar în primul an sau doi din sondaj.
„Este o probabilitate atât de mică, dar să ai o gaură neagră la îndemână ar fi – cred că interesant spus este o subestimare”, a spus Siraj. „Ar deschide într-adevăr un câmp nou de cercetare dacă am avea o gaură neagră în curtea noastră.”
Mihail stories 