Ближайшая подтвержденная черная дыра к Земле находится на расстоянии 1000 световых лет - но может ли дыра быть спрятана на нашем заднем дворе? Было выдвинуто предположение, что крошечная черная дыра может быть вращается вокруг Солнца за пределами Нептуна, и теперь астрономы предложили, как мы можем найти ее в течение следующих нескольких лет, используя строящийся уже сейчас телескоп.
Границы Солнечной системы усеяны странными объектами, и в последние годы мы получаем более четкое представление о том, что там происходит. Это астероид Аррокот в форме раздавленного снеговика, эксцентричная карликовая планета, известная как Гоблин, и чрезвычайно далекий мир объекта Farout.
Хотя большинство этих карликовых планет крошечные, есть свидетельства того, что в тени скрывается нечто гораздо большее - возможно, девятая планета, масса которой составляет от 5 до 10 масс Земли. Подсказки находятся на устойчивых, но эксцентричных орбитах этих более мелких краевых объектов, и в наклоне самого Солнца.
Но, может быть, Планета Девять не планета в конце концов? Одна, казалось бы, странная гипотеза предполагает, что крошечная черная дыра может иметь те же эффекты. Это по-прежнему имело бы примерно ту же массу - размерностью в несколько планет Земля - но упаковалось бы все это в черную дыру размером с грейпфрут.
Это интригующая идея, но как бы вы на самом деле доказали это, так или иначе? В конце концов, поиски гигантской планеты оказались пустыми - а найти такой грейпфрут будет гораздо сложнее, не говоря уже о том, что черные дыры практически невидимы.
И вот тут начинается новое исследование. Астрономы в Гарварде обрисовали в общих чертах метод поиска этих крошечных черных дыр во внешней солнечной системе. Ключ к решению этой задачи состоит в наблюдении и постоянном слежении за вспышками, которые появятся в результате кометы, блуждающей слишком близко и разрываемой в клочья гравитацией.
«Вблизи черной дыры небольшие тела, которые приближаются к ней, будут таять в результате нагревания от фоновой аккреции газа из межзвездной среды в черную дыру», - говорит Амир Сирадж (Amir Siraj), соавтор исследования. «Как только они тают, маленькие тела подвергаются приливному разрушению черной дырой, с последующей аккрецией от разрушенного приливными силами тела в черную дыру».
Даже это было бы трудно сделать нормально, говорит команда, потому что нам нужно знать, где искать. Мы не знали бы, где на ее орбите может находиться такая черная дыра в любой момент времени.
Но предстоящий телескоп мог бы идеально подходить для обнаружения этих вспышек, где бы они ни происходили. Вместо того, чтобы сосредотачиваться на каком-либо конкретном месте, Обсерватория имени Веры Рубин будет снимать все видимое небо каждые несколько ночей.
Этот проект телескопа известен как Большой обзорный телескоп (Large Synoptic Survey Telescope, LSST), и в течение 10 лет он позволит астрономам отслеживать движение объектов и изменения их яркости, а также скоротечные оптические события, такие как сверхновые звезды.
Телескоп должен быть достаточно чувствительным и иметь достаточно широкое поле зрения, чтобы действительно провести четкую перепись нашего района. Ожидается, что LSST обнаружит почти 40 000 новых небольших объектов в Солнечной системе - и, надеемся, среди них будет Планета Девять, какой бы она ни была.
Команда говорит, что, если таинственный объект - черная дыра, то LSST был бы более чем способен обнаружить вспышки от этого. Фактически, команда достаточно уверена, чтобы утверждать, что существование черной дыры будет подтверждено или исключено в течение года после начала наблюдений в 2023 году.
И если «Планета Девять» действительно является черной дырой, ее открытие будет иметь еще более странные последствия. Считается, что все подтвержденные в настоящее время черные дыры во вселенной образовались в виде плотных коллапсирующих ядер массивных звезд, взрывающихся в виде сверхновых. Но крошечная черная дыра с массой всего в несколько планет родилась бы совершенно по-другому.
Такие ученые, как Стивен Хокинг, давно выдвигали гипотезу о существовании вещей, называемых первичными черными дырами. Расчеты показывают, что эти объекты были бы созданы в считанные секунды после Большого взрыва, так как очаги материи стали невероятно плотными и разрушенными под действием собственной гравитации. Достаточно малые, чтобы поместиться в вашей руке, но упаковывая массу нескольких планет, эти первичные черные дыры могут бы усеивать вселенную, невидимо.
Если гипотетические, невидимые массы по всему космосу кажутся вам знакомыми, ну, для этого есть очень веская причина. Эти первичные черные дыры являются потенциальным объяснением загадочной темной материи, но до сих пор уклонялись от обнаружения. Поэтому, если LSST сможет обнаружить изначальную черную дыру на нашем собственном заднем дворе, мы можем начать разгадывать несколько давних загадок одновременно.
«Этот метод может обнаружить или исключить пойманные в ловушку черные дыры массой с планету, до края гипотетической сферической области Солнечной системы - облака Оорта, или около ста тысяч астрономических единиц», - говорит Сирадж. «Он мог бы наложить новые ограничения на долю темной материи, содержащейся в первичных черных дырах».
Обсерватория имени Веры Рубин в настоящее время строится в Чили, и первый свет ожидается к концу года. После этого запланирован запуск наблюдений LSST в 2023 году, поэтому у нас не может быть слишком много времени для ожидания некоторых ответов.
Исследование было одобрено для публикации в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Источник: New Atlas / Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
