Hai nhà vật lý nghĩ rằng chúng ta nên kiểm tra xem liệu có một lỗ đen cỡ bưởi cổ xưa đang ẩn náu trong hệ mặt trời của chúng ta hay không. Và vật thể nhỏ bé, nặng nề đó trên thực tế có thể thay thế một hành tinh lý thuyết mà một số nhà nghiên cứu cho rằng có thể đang kéo mạnh các vật thể khác trong hệ mặt trời của chúng ta, cái gọi là Hành tinh 9.
Điều đó có nghĩa là thực sự có một lỗ đen ẩn nấp trong góc không gian của chúng ta? Không, các nhà nghiên cứu cho biết.
Nhưng họ đã tập hợp một lập luận cho sự tồn tại của nó mà họ nghĩ là đủ hấp dẫn để đáng xem xét.
Đây là cách nó diễn ra:
Xa xa ở ngoài cùng của hệ mặt trời, qua nơi Hải vương tinh, hành tinh xa xôi nhất của chúng ta, có quỹ đạo, có một số vật thể nhỏ có hành vi kỳ lạ. Những "vật thể xuyên Nuptunian" (TNOs) tập hợp lại với nhau theo những cách khác thường, và chúng có xu hướng quay xung quanh các trục hướng về phía một bầu trời rộng lớn, cách xa các hành tinh lớn hơn được biết đến. Ngoài ra, quan trọng, các quỹ đạo TNO trong một mặt phẳng khác với tám hành tinh được biết đến. Điều đó cho thấy rằng một cái gì đó khác đang kéo chúng với lực hấp dẫn của nó.
Một số nhà thiên văn học đã xem xét mô hình kỳ lạ đó, thực hiện một số tính toán và kết luận rằng phải có một hành tinh khác ngoài đó, một hành tinh có khối lượng gấp 10 đến 20 lần Trái đất và đi theo quỹ đạo mạnh mẽ mang nó cách xa hàng trăm lần Trái đất mặt trời. Đó là một lý thuyết kỳ quái, thường được gọi là "Hành tinh 9", nhưng là một lý thuyết mà các nhà thiên văn học thực hiện nghiêm túc. Cuộc săn tìm Hành tinh 9 đã diễn ra trong nhiều năm, với các nhà thiên văn học sử dụng kính viễn vọng và ánh sáng hồng ngoại để quét các phần ngoài cùng của hệ mặt trời.
"Điều mà chúng tôi nhận ra là lực hấp dẫn là điều quan trọng", Jakub Scholtz, nhà vật lý tại Đại học Durham ở Anh và là một trong hai nhà thiên văn học đứng sau ý tưởng cho biết. "Nó không cần phải là một hành tinh. Sự trần tục nhất, hoặc có thể là lời giải thích lành mạnh nhất là nó là một hành tinh. Nhưng như các nhà vật lý lý thuyết, chúng ta biết rằng vũ trụ học vũ trụ sơ khai có thể dễ dàng giới thiệu một loạt các lý thuyết mới rất thú vị cơ thể - một trong số đó là hố đen nguyên thủy. "
Lỗ đen nguyên thủy là khác nhau
Thông thường, khi chúng ta nói về các lỗ đen, chúng ta có nghĩa là những vật thể khổng lồ hình thành khi những ngôi sao khổng lồ tự sụp đổ, nhốt khối lượng của chúng trong những điểm kỳ dị vô cùng dày đặc, được bao quanh bởi những "chân trời sự kiện" khổng lồ mà không ánh sáng nào có thể thoát ra. Nhưng một số nhà vũ trụ học tin rằng trong những khoảnh khắc đầu tiên của vũ trụ, khi mọi thứ nóng bỏng và dày đặc và vội vã rời khỏi Vụ nổ lớn, và chưa có ngôi sao nào hình thành, các hố đen đã xuất hiện.
Những bóng ma nguyên thủy của sự sáng tạo của vũ trụ sẽ hình thành khi các khối vật chất ban đầu đó bị nghiền nát chặt đến mức chúng ngưng tụ thành những điểm kỳ dị.
"Phần đó của vũ trụ rất dày đặc, nó chỉ trở thành một lỗ đen", Scholtz nói với Live Science.
Những lỗ đen này sẽ nhỏ hơn các lỗ đen sao được hình thành từ sự sụp đổ của các ngôi sao lớn, James Unwin, nhà vật lý tại Đại học Chicago và đồng tác giả của bài báo cho biết. Và theo một số người mẫu, họ sẽ chỉ nặng hơn Trái đất một vài lần.
Một lỗ đen của khối đó sẽ trông không giống bất cứ thứ gì, Unwin nói. Chân trời sự kiện của nó sẽ rất nhỏ - có kích thước bằng quả bưởi nếu nó gấp năm lần khối lượng Trái đất và kích thước của một quả bóng bowling với khối lượng gấp 10 lần Trái đất. Nhưng trọng lực là trọng lực. Nếu một PBH tìm được đường vào hệ mặt trời của chúng ta, lỗ đen đó sẽ quay quanh mặt trời giống như một hành tinh, và nó sẽ kéo theo các hành tinh lùn và các tiểu hành tinh giống như Hành tinh 9 lý thuyết. Sẽ không có cách nào để nói tác động của lực hấp dẫn của một hành tinh từ lỗ đen nguyên thủy có cùng khối lượng.
Các mô hình tương tự tạo ra các lỗ đen nguyên thủy, Unwin cho biết, cũng đưa ra lời giải thích tốt nhất về cách cơ chế Higgs (được cho là thấm khối trên tất cả các hạt) và vật lý cơ bản khác xuất hiện trong vũ trụ. Vì vậy, có lý do chính đáng để nghĩ rằng những thứ này tồn tại, dù có hay không đã kết thúc trong hệ mặt trời của chúng ta hoặc bất kỳ hệ sao nào khác. Nhưng không ai từng thực sự tìm thấy một.
Lỗ đen uốn cong
Tuy nhiên, có một số bằng chứng gần đây cho thấy rằng chúng có thể thực sự tồn tại, Unwin nói.
"Tôi nghĩ rằng điều này còn khá xa lạ - trong cộng đồng," Unwin nói, "và chúng tôi thực sự đang cố gắng đưa nó đến sự chú ý rộng rãi."
Có một thí nghiệm gọi là Thí nghiệm thấu kính hấp dẫn quang học (OGLE) ở Ba Lan. Nó quét bầu trời để tìm bằng chứng về "microlensing" hấp dẫn, đặt trong không gian nơi một hành tinh hoặc lực hấp dẫn của một vật thể khác đã bẻ cong đường đi của tia sáng, khiến nó đâm vào Trái đất. Trong trường hợp của các ngôi sao được nghiên cứu bởi OGLE, sự bẻ cong ánh sáng này trông giống như ngôi sao sáng trong giây lát.
Nhưng OGLE đã báo cáo một cái gì đó kỳ lạ, họ nói. Sáu lần, nó đã phát hiện ra các sự kiện vi phân rất ngắn, dài chưa đến 0,3 ngày, gợi ý về các vật thể chuyển động rất nhanh giữa 0,5 khối lượng Trái đất và 20 khối lượng Trái đất đang lướt qua các ngôi sao. Đây không phải là cách các hành tinh nhìn vào OGLE, Unwin nói, và có lý do chính đáng để nghi ngờ rằng sáu vật thể có thể là các lỗ đen nguyên thủy. (Một khả năng khác là "các hành tinh nổi tự do" di chuyển rất nhanh di chuyển xung quanh các hệ sao bên ngoài, nhưng các mô hình hành tinh hiện tại sẽ không dự đoán rằng nhiều hành tinh như vậy phóng to xung quanh vũ trụ.)
Nếu sáu vật thể đó là những lỗ đen nhỏ, cổ xưa, Scholtz nói, thì điều đó có nghĩa là những lỗ đen đó không quá hiếm trong vũ trụ. Bạn sẽ không mong đợi chúng xuất hiện trong mọi hệ thống sao, ông nói. Và hầu hết sẽ trôi nổi tự do trong không gian. Nhưng nó sẽ không gây sốc khủng khiếp nếu hệ thống của chúng tôi gặp may mắn và nhặt được một chiếc, ông nói.
Lý thuyết lỗ đen hành tinh 9 sau đó giải thích hai bí ẩn: dị thường vật thể xuyên sao Hải Vương và dị thường OGLE.
"Hai điều này chỉ ở cùng một phạm vi khối lượng," Unwin nói. "Đây là điều khiến chúng tôi khá phấn khích."
"Đó là điều quan trọng," Scholtz nói thêm. "Hành tinh mất tích nằm ở đâu đó trong khoảng năm đến 20 khối lượng Trái đất và bằng chứng OGLE chỉ ra ở đâu đó giữa 0,5 và 20 khối lượng Trái đất. Vì vậy, đây là một sự trùng hợp ngẫu nhiên."
Nếu sự bất thường của TNO thực sự trở thành một lỗ đen, Unwin nói, đó là một vấn đề rất lớn. Nó sẽ chứng minh sự tồn tại của các lỗ đen nguyên thủy, và đưa ra một phạm vi khối lượng cho chúng sẽ giải thích khi nào chính xác trong lịch sử vũ trụ mà chúng hình thành - điều đó sẽ giải thích rất nhiều bit vật lý khác ra đời.
Điều đó có nghĩa là một trong hai nhà nghiên cứu tin chắc rằng có một lỗ đen trong hệ mặt trời của chúng ta, hoặc thậm chí nghĩ rằng có lẽ có một cái ngoài đó? Không, cả hai đều nói. Có thể là dị thường TNO không thực sự chỉ vào một vật nặng, hoặc dị thường OGLE là sán, hoặc là kết quả của thiết bị bị lỗi.
Hành tinh 9 thậm chí còn tồn tại?
Một số nhà thiên văn nghi ngờ có bất cứ điều gì ngoài đó.
"Tôi không biết đủ về PBH để biết có bao nhiêu cổ phần trong tính hợp lý của việc có một trong hệ mặt trời xa xôi", Nathan Kaib, nhà thiên văn học tại Đại học Oklahoma, người không tham gia vào công việc của Unwin và Scholtz, nói. . "Tuy nhiên, tôi sẽ nói rằng tôi hơi nghi ngờ về sự cần thiết của Hành tinh 9."
TNO (vật thể xuyên sao Hải Vương) dị thường quỹ đạo dường như là có thật, ông nói, nhưng ý tưởng về hành tinh ẩn náu ngoài kia của TNO không giải thích điều đó tốt. Và, như ông đã viết trong một bài báo xuất bản ngày 2 tháng 7 trên Tạp chí Thiên văn, bạn sẽ mong đợi Hành tinh 9 sẽ tạo ra những dị thường khác chưa xuất hiện trong dữ liệu.
"Điều này khiến tôi hơi nghi ngờ về sự tồn tại của hành tinh và nếu PBH được cho là tạo ra hiệu ứng tương tự như hành tinh, tôi đoán tôi cũng sẽ nghi ngờ không kém về nó, nhưng điều này khá độc lập với ý tưởng về Bản thân PBH, "Kaib nói.
Nhưng một số nhà thiên văn học vẫn nghĩ rằng có một hành tinh ngoài kia. Và bằng chứng đó đủ mạnh và việc săn tìm một hành tinh đã diễn ra đủ lâu, Unwin nói, rằng ít nhất cũng đáng để khám phá liệu một vật thể giống hành tinh nào đó không phải là hành tinh gây ra hiệu ứng.
Một cách để kiểm tra, họ đề xuất trong một bài báo chưa được đánh giá ngang hàng được đăng trực tuyến trên máy chủ in sẵn arXiv, là tìm kiếm các dấu hiệu của "sự hủy diệt vật chất tối". Các lý thuyết về PBH cho thấy rằng chúng sẽ bị bao quanh bởi một nửa vật chất tối dày đặc có thể tồn tại một phần nguyên vẹn ngay cả sau hàng tỷ năm lang thang trong vũ trụ. Và một số lý thuyết về vật chất tối cho thấy rằng đôi khi các hạt của nó "hủy diệt" và biến thành các photon tia gamma. Chúng ta có khả năng phát hiện những photon đó trên Trái đất.
(Một phát hiện như vậy sẽ kết luận một cách thuyết phục một bí ẩn vật lý khổng lồ thứ ba, cho những người theo dõi: liệu vật chất tối có thể biến thành các hạt mà chúng ta nhận ra từ vũ trụ phát sáng hay không.)
Các nhà kính thiên văn của chúng ta có thể đã nhặt được các photon tia gamma đó, các nhà nghiên cứu viết. Vì vậy, bước tiếp theo của họ là xem qua dữ liệu từ Kính viễn vọng Không gian tia Gamma Fermi, quét các mảng trời rộng cho các hạt, để xem liệu họ có thể tìm thấy bất kỳ gợi ý nào về một hạt không.
Về cơ hội, việc săn bắn tia gamma biến thành một lỗ đen nhỏ, Scholtz nói, khả năng là vô tận. Chúng tôi thậm chí có thể gửi một nhiệm vụ ở đó, ông nói.
"Đây có khả năng là một cơ hội để chơi với một lỗ đen thực sự," ông nói. "Làm thế nào là thú vị?"
Tuy nhiên, vẫn chưa có ai đặt cược vào nó.
