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潜伏太阳系边缘的是第九行星还是葡萄柚大小原初黑洞?

柯伊伯带是太阳系最外围的一个小行星带,范围从海王星轨道(30个天文单位)之外,一直延伸到距离太阳50多个天文单位的地方。这里除了有人们最早发现的冥王星之外,天文学家还注意到一些奇怪的天体(KBO),它们有些聚成团簇,有些拥有极高离心率轨道,比如2012VP113、赛德娜等海王星外天体,轨道极度狭长,两者的近日点都比太阳与海王星距离的2倍还要远,和其他天体相比太不寻常,换句话说,它们的轨道并不在海王星影响范围,因此一些科学家认为,外太阳系可能有“第九行星”在影响这些天体,前者质量约地球5~10倍。

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柯伊伯带

然而我们寻找第九行星多年,始终找不到它的行踪,由此人们产生了另一种猜测:也许根本不是第九行星,而是一个约葡萄柚大小的原初黑洞(hypothetical primordial black hole,PBH)在干扰海王星外天体。

葡萄柚,直径一般不超过10厘米

葡萄柚直径一般不超过10cm

太阳系有个古老原初黑洞并不古怪,这种黑洞并不是恒星到了寿命尽头经重力坍塌而成的恒星黑洞,也不是超大质量黑洞那种吸积怪物,它们只是大爆炸后高密度物质的简单波动下形成的产物,时至今日都还存在,长期以来,天文学家便认为原初黑洞是宇宙暗物质的去向之一。

基于即将投入运行的“LSST”观测计划,哈佛大学科学教授Avi Loeb博士,Frank B。 Baird Jr。教授和哈佛大学本科生Amir Siraj开发了一种新方法,该方法可根据扰动产生的耀斑来寻找外部太阳系中的被黑洞拦截的彗星。研究表明,LSST能够通过观察由小奥尔特云物体撞击而产生的增生耀斑来发现黑洞。

LSST全称为Large Synoptic Survey Telescope,大型综合巡天望远镜,是一个计划中的广视野巡天反射望远镜,将在每三天拍摄全天一次。LSST具有广阔的视野,每次拍摄范围都将覆盖整个天空,并寻找短暂出现的耀斑。

希拉杰说:“在黑洞附近,由于星际介质中气体的本底积聚而产生的热量加热,靠近黑洞的小物体将融化。” “一旦它们融化,小物体将受到黑洞的潮汐破坏,然后从潮汐破坏的物体上吸积到黑洞上。” 这种高速摩擦下爆出光芒,或许能够在明年开始运行的LSST项目上被观测到。

艺术家构想图,来自哈佛-史密森天体物理中心

艺术家构想图by哈佛-史密森天体物理中心

预计即将到来的LSST将具有检测增生耀斑所需的灵敏度,而当前的技术在没有指导的情况下是无法做到的。 “一般望远镜擅长对准已知目标,但我们不知道确切地寻找目标的确切位置,我们只知道它可能驻留的广阔区域。” Siraj补充说:“ LSST每周探测两次天空的能力非常宝贵。此外,其空前的深度将使人们能够发现相对较小的撞击物(比大的撞击物更频繁)而产生的耀斑。

如果确认暗物质构成的原初黑洞,科学家推测光银河系内就有5万兆个原初黑洞,使银河系总质量达到太阳的上兆倍,我们也将迎来全新的物理学领域,因目前的粒子物理学和宇宙学标准模型,都无法预测原初黑洞在早期宇宙的形成过程。

责任编辑:张致铖

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