在冥王星被剔除出九大行星的行列后,对于太阳系中是否存在第九行星、如果存在,这颗星体又是什么来头,天文学家展开了激烈的讨论。在一项近期发表于预印本网站的研究中,英国杜伦大学的物理学家雅各布·舒尔茨(Jakub Scholtz)与美国伊利诺斯大学的杰姆斯·恩温(James Unwin)提出了一个大胆的设想:太阳系中的第九大行星,可能是一颗原初黑洞。
2006年,在第26届国际天文联合会上,曾经的第九行星冥王星被剔除出行星行列。这是因为在2005年,天文学家发现阋神星(小行星序号:136199 Eris)质量比冥王星质量高出27%。这意味着,如果冥王星是第九大行星的话,那么阋神星就应该是第十大行星,这样下去在海王星外围有很多这样的小天体都可以被称为行星。这样一来,行星就太多了,而且看起来不易于管理。
面对如此的现实情况,国际天文联合会(IAU)正式更新行星的定义,新定义将冥王星剔除出了行星的队伍,将其划分为矮行星(也叫类冥天体)。冥王星成为矮行星以后,获得了一个编号:134340 Pluto。与此同时,天文学家发现了当时在太阳系中最远的天体:赛德娜(Sedna)。它离太阳最近76个天文单位。一个值得关注的现象是,赛德娜的轨道平面与其他八大行星的轨道具有很大的夹角。
随后,天文学家又发现大量类似于赛德娜的小行星都具有很大的轨道倾角(几乎与地球公转轨道面成50度)。于是天文学家猜测,在海王星外的柯伊伯带,应该有一个质量比较大的天体将赛德娜等小行星拖到了高轨道夹角的位置。但是,这个大质量天体到底是什么?天文学界对此还没有共识,只不过大家猜想这个大质量天体就是太阳系第9大行星,暂时取名为P9。
在地球上的光学引力透镜实验(OGLE)也在这一区域观测到了一系列引力异常现象。有至少6个微引力透镜事件都指出,在这一区域存在引力异常。引力透镜实验表明,这一区域可能存在一个自由漂浮行星或者太阳系的第九大行星,而且其质量范围也落在5~15个地球质量之间。因此,第九大行星的猜想看起来不是一个巧合,而是一个事实。
一种可能性是,P9就是在当地形成的。但天文学家计算了当地形成的概率认为,在那么遥远的距离,形成如此大质量的行星,既没有足够的物质,也没有足够的时间,所以当地形成的可能性极低。另外一种可能是,P9是路过的星体,被太阳系的引力场俘获了。换句话说,它是一个过客。这个过客可能是自由漂浮行星,它可能在路过太阳系的时候被太阳的引力场俘获。
原初黑洞是在宇宙暴胀时期开始形成的,物理学家把宇宙大爆炸之前的宇宙叫做原初宇宙。在原初宇宙中,如果宇宙空间的能量密度有一个特殊的涨落,当局域空间的能量密度聚集到一定程度,就可能形成原初黑洞的种子。随后,随着宇宙的演化,这些黑洞的种子会不断吸积周围的粒子,从而形成原初黑洞。
如果原初黑洞长到现在,到底有多大呢?物理学家并不十分清晰的对此并不确定。但香港科技大学物理系助理教授王一解释道:“如果原初黑洞存在,并且没有因为霍金辐射而蒸发殆尽,那么现在它的质量可以非常大,也可以比较小——但这个最小质量有一个下限,大概是10^12千克,小于地球质量。”所以,目前观测到的P9的质量范围是合适的,它可以是原初黑洞。
如果P9是原初黑洞,那么它的质量是合理的,而且因为原初黑洞不会发光,5倍地球质量的原初黑洞的霍金辐射温度是低于0.0001开尔文,所以我们不可能通过霍金辐射来找到这个原初黑洞。这也解释了为什么人类无法直接用光学手段看到P9,而只能用引力场效应来推测它的存在。
根据目前的天文观测,原初黑洞在暗物质中的占比大概是0.5%~10%之间。那么,在太阳系内,暗物质总质量是多少呢?这个数字可以用暗物质的密度与太阳系体积的乘积来计算。我们知道,在太阳系中暗物质的平均密度是:每3立方厘米大概有1个质子质量的暗物质。按照太阳系半径为 300个地日距离来估算,太阳系内的暗物质含量大约是6.21*10^19千克。
舒尔茨与合作者在文章中认为,如果P9是原初黑洞,在它的周围会有一个暗物质的晕,这些暗物质的高密度比别的区域要高很多,所以有可能会相互碰撞而湮灭。湮灭就是正反物质碰到一起,变成能量。在一些湮灭产物的模型中,暗物质可以湮灭成光子。因此,作者认为可以通过观测这些光子来确定这个原初黑洞的踪迹。因此,要证实第九大行星是原初黑洞,还有很长的路要走。