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第九行星的藝術(shù)概念圖（圖片來源：R. Hurt/Caltech） 4年前，一些天文學(xué)家提出，在外太陽系中可能隱藏著一顆太陽系“第九行星”。但是，第九行星究竟是什么？它為什么會(huì)出現(xiàn)在那里？要解釋這些問題并不容易。最近，兩項(xiàng)研究分別提出了兩個(gè)瘋狂的假說：第九行星可能是一個(gè)原初黑洞；或者，它的存在是因?yàn)樘栂抵性械诙€(gè)太陽。 編譯 | 張和持 吳非 2006年，在第26屆國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)上，當(dāng)時(shí)的太陽系第九行星冥王星被排除出行星行列，降為矮行星。自此，太陽系中公認(rèn)的行星只剩下8顆。但在10年后，一些天文學(xué)家卻重新提出，太陽系中存在第九行星。 他們提出這一猜想的原因是，此前在觀測(cè)外海王星天體（TNO，即海王星外圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的天體）時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們的運(yùn)行軌道與理論計(jì)算存在差異。這意味著在外太陽系中，存在著某個(gè)引力源，影響了TNO的軌道。進(jìn)一步的計(jì)算指出，這個(gè)天體的質(zhì)量在5~15倍地球質(zhì)量之間，因此它可能是一顆尚未被發(fā)現(xiàn)的“第九行星”。 但是很快，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)難以解釋的問題：在這個(gè)遠(yuǎn)離太陽系中心的區(qū)域，太陽的引力應(yīng)該不足以吸引足夠多的物質(zhì)，從而形成一顆質(zhì)量數(shù)倍于地球的行星。那么，第九行星究竟是什么？它為什么會(huì)出現(xiàn)在外太陽系？ 當(dāng)常規(guī)的理論無法解釋現(xiàn)象，一些科學(xué)家開始考慮一些看似瘋狂的假說。例如，“第九行星”其實(shí)可能是一個(gè)原初黑洞；又或者，太陽系誕生之初，可能是一個(gè)雙星系統(tǒng)——換句話說，這個(gè)系統(tǒng)中曾有“第二個(gè)太陽”。最近，兩項(xiàng)研究就分別針對(duì)這兩個(gè)假說，發(fā)表了學(xué)術(shù)論文。 第九行星是原初黑洞？ 達(dá)勒姆大學(xué)的雅各布·舒爾茨（Jakub Scholtz）和伊利諾伊大學(xué)的詹姆斯·昂溫（James Unwin）是原初黑洞理論的主要推動(dòng)者。他們發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上的論文指出，假如包含第九行星在內(nèi)的數(shù)個(gè)假想天體存在，那么TNO的反常軌道和為期5年的光學(xué)引力透鏡實(shí)驗(yàn)（OGLE）觀測(cè)到的額外的微引力透鏡現(xiàn)象都可以得到解釋。而這些假想天體極有可能是數(shù)個(gè)原初黑洞。 “我們的靈感來自于詹姆斯和妻子勞拉參觀芝加哥天文館時(shí)觀看的一部關(guān)于第九行星的紀(jì)錄短片，”舒爾茨在接受采訪時(shí)說，“詹姆斯一下子就被吸引了，他第二天就給我打電話，那之后我們開始想辦法弄清海王星外是否還有類行星的天體。我們嘗試了各種有趣的假設(shè)：玻色星，超致密的暗物質(zhì)光環(huán)，原初黑洞，等等?！?/p> 就在他們著手研究第九行星的幾個(gè)月后，另一支來自東京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)重新分析了OGLE實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。他們的初步推算認(rèn)為，可能存在的原初黑洞的質(zhì)量，與此前天文學(xué)家預(yù)測(cè)的第九行星極為接近。舒爾茨和昂溫得知這個(gè)消息后，便開始具體考慮第九行星是原初黑洞的可能性。 “我們意識(shí)到，如果第九行星真的是原初黑洞的話，那么我們就可以通過環(huán)繞它的暗物質(zhì)暈來觀測(cè)它，而后者會(huì)釋放X射線和伽馬射線。這樣我們就將所有碎片成功地拼在了一起，”舒爾茨解釋道，“從某種意義上說，我們這次的研究其實(shí)是想告訴大家，黑洞圍著太陽轉(zhuǎn)這個(gè)想法其實(shí)并沒有聽起來那么荒唐，而我們應(yīng)該對(duì)此投入更多關(guān)注?！?/p> 此前已經(jīng)有不少科學(xué)家嘗試用第九行星來解釋TNO的反常軌道，其中就包括一支由加州理工學(xué)院的邁克爾·布朗（Michael Brown）和康斯坦丁·巴蒂金（Konstantin Batygin）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)。而上文提到的東京大學(xué)團(tuán)隊(duì)，則率先使用OGLE觀測(cè)到的微引力透鏡現(xiàn)象來說明原初黑洞的存在。 最終，舒爾茨和昂溫將兩個(gè)假說整合在一起。他們指出，長(zhǎng)期以來理論中的第九行星，正是東京大學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的諸多原初黑洞中的一個(gè)。此前的一個(gè)理論認(rèn)為，第九行星是通過所謂的“捕捉自由行星”（即自由行星受到太陽引力，繞太陽旋轉(zhuǎn)，成為第九行星）的過程慢慢形成的，而這也可以變?yōu)椴蹲胶诙础?/p> “我認(rèn)為，我們的研究得到了兩個(gè)重要的結(jié)果，”舒爾茨說，“其一，我們成功地啟發(fā)了其他科學(xué)家。他們本來對(duì)這種猜想持懷疑態(tài)度（科學(xué)家面對(duì)新事物就該如此），而在我們的影響下，他們提出了更多有趣的想法。例如，愛德華·威滕（Edward Witten）建議我們基于攝星計(jì)劃，使用小型太空探測(cè)器來尋找第九行星；而亞伯拉罕·洛布（Abraham Loeb）等人則指出，這么一大群原初黑洞在它們的運(yùn)行軌道上有可能碰到別的物體，這將產(chǎn)生閃爍?！?/p> 舒爾茨和昂溫的論文為了解釋第九行星（目前暫時(shí)繼續(xù)管它叫行星）的本質(zhì)引入了新的假設(shè)，這些假設(shè)還有待進(jìn)一步的研究和驗(yàn)證。此外，兩位研究人員已經(jīng)開始密切關(guān)注太空中移動(dòng)的伽馬射線及X射線源。盡管此前已經(jīng)積累了大量的可用數(shù)據(jù)，但這項(xiàng)工作一直以來都被人們忽視了。 “我們未來的研究將著重檢查已有的數(shù)據(jù)，從中尋找太空中移動(dòng)光源的證據(jù)（也可能什么都沒有），”舒爾茨說，“我們目前使用的方法非常值得期待，只要我們一年之內(nèi)能用費(fèi)米廣域空間望遠(yuǎn)鏡檢測(cè)到大約10個(gè)源光子，我們就能找到移動(dòng)的光源?！?/p> 第二個(gè)太陽？ 在一項(xiàng)發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志通訊》的研究中，哈佛大學(xué)的天文學(xué)家亞伯拉罕·洛布與本科生阿米爾·希拉吉（Amir Siraj）提出了另一種解釋：外太陽系中可能曾經(jīng)有一顆太陽的伴星，并且在這一區(qū)域或許還隱藏了很多未被發(fā)現(xiàn)的矮行星。 這個(gè)理論聽上去十分激進(jìn)，但在一些天文學(xué)家看來其實(shí)并不意外。論文作者希拉吉表示：“絕大多數(shù)類日恒星在形成之初都是雙星系統(tǒng)中的一員?！?/p> 恒星最初誕生于太空中由氣體和塵埃組成的星團(tuán)中，按照這個(gè)理論，太陽在星團(tuán)階段曾由一顆質(zhì)量相近的伴星，隨后，“一顆路過的恒星通過其引力作用，將‘第二個(gè)太陽’移走了?！甭宀急硎?。太陽系曾經(jīng)的第二顆恒星現(xiàn)在在哪呢？很遺憾，我們已經(jīng)無法進(jìn)行追蹤了，它可能位于銀河系的任何位置。 不過我們可以推測(cè)的是，如果這顆恒星的確曾經(jīng)處于外太陽系的某個(gè)位置，那么第九行星的存在就能得到解釋，并且這也意味著隱藏在外太陽系中的行星很可能不止一顆。 除了解釋第九行星，支持“第二個(gè)太陽”理論的另一個(gè)依據(jù)在于奧爾特云。 奧爾特云理論上在太陽系中的位置（圖片來源：NASA / JPL-Caltech） 奧爾特云是一個(gè)由理論預(yù)言的云團(tuán)結(jié)構(gòu)，它由冰質(zhì)星子組成，包圍著太陽系?？茖W(xué)家認(rèn)為，其物質(zhì)組成是形成太陽系的殘余物質(zhì)。同樣，要解釋奧爾特云為什么會(huì)出現(xiàn)在太陽引力相對(duì)薄弱的地方，雙星系統(tǒng)是一個(gè)可行的理論。 “雙星系統(tǒng)捕獲周圍物質(zhì)的效率比單獨(dú)的恒星更高，”洛布說，“如果奧爾特云的觀測(cè)結(jié)果如此前的預(yù)期，這可能意味著太陽在離開誕生的星團(tuán)之前，曾有一個(gè)質(zhì)量相近的伴星?！?/p> 這一點(diǎn)十分重要，因?yàn)閵W爾特云中的天體，例如彗星，可能為地球帶來了水?！皧W爾特云外層的天體在地球演化過程中可能扮演者重要角色，它們可能為地球帶來了水，也可能直接導(dǎo)致恐龍的滅絕?！毕＠f。 如何驗(yàn)證這個(gè)理論？線索可能就在薇拉·C·魯賓天文臺(tái)的大型綜合巡天計(jì)劃（LSST）中。薇拉·C·魯賓天文臺(tái)位于智利智利帕瓊山的山頂，這里稀薄的空氣為天文觀測(cè)提供了良好的條件。LSST計(jì)劃將于明年開始正式觀測(cè)，并將在此后10年內(nèi)為南天的每一片區(qū)拍攝深度多彩照片，每張照片覆蓋的面積相當(dāng)于月球表面積的40倍。如果有矮行星藏身于外太陽系，LSST將有能力觀測(cè)到它們，甚至是第九行星自身。 因此研究人員相信，很快，LSST的觀測(cè)結(jié)果將證實(shí)或證偽關(guān)于第九行星的假說。 參考鏈接： https:///news/2020-08-planet-primordial-black-hole.html https://www./sites/jamiecartereurope/2020/08/18/was-our-sun-a-twin-if-so-then-planet-9-could-be-one-of-many-hidden-planets-in-our-solar-system/#1a2733cf585a |
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