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本文授權轉載自DeepTech（ID：deeptechchina）自從 2006 年國際天文聯(lián)合會投票將冥王星降級為矮行星后，天文學家們尋找太陽系第九大行星繼任者的熱情仍然不減。最近的幾年，不斷有證據(jù)表明，在太陽系的最外延極有可能存在著真正的第九行星，通過對周圍星體的引力拉動來宣告著自己的存在。但最近有天文學家提出了一個顛覆性的猜想。英國杜倫大學的物理學家 Jakub Scholtz 與美國伊利諾斯大學的 James Unwin 近日在預印本網(wǎng)站 arXiv 上的一篇文章中提出：我們至今未能發(fā)現(xiàn)所謂第九行星，可能因為它不是一顆行星，而是一個原初黑洞（primordial black hole），其直徑不到 5 厘米，但密度極高，正與地球一樣繞著太陽運行。若該假設成立，那么現(xiàn)有的光學和紅外望遠鏡將無法對其進行觀測，天文學家可能需要采取適用于原初黑洞的方式來尋找第九行星的足跡。與此同時，該猜想也罕見提出：我們在太陽系中，可能正與黑洞為鄰。眾所周知，目前太陽系的八大行星中，除地球之外，還有水星、金星、火星、木星、土星、天王星和海王星。但除了這 8 大行星，我們所處的太陽系其實非常熱鬧，尤其是太陽系的邊緣，遍布著由巖石和冰塊組成的星體。這些位于海王星軌道外側的星體數(shù)量眾多，它們組成了著名的柯伊伯帶?？乱敛畮嫌械男求w個頭很小，容易受到附近大行星的引力擾動，例如海王星的引力就對它們影響很大。圖 | 太陽系邊緣星體數(shù)量眾多（來源：NASA）但柯伊伯帶中卻還存在著一組運動十分獨立的星體，它們的軌道大不相同。一些星體甚至是繞太陽公轉，另一些的軌道具有偏心率極高（很扁的橢圓），還有一些軌道平面上翹，與黃道面形成了顯著的夾角。要產(chǎn)生這樣的效果，一個海王星是不夠的，當然一個冥王星也遠遠不夠。于是，有學者提出了一個假設，一定有其它大質(zhì)量的星體也在某個地方暗暗發(fā)力，也就是著名的“第九行星（Planet Nine）”。圖丨這幅圖描繪了遙遠的柯伊伯帶天體和 9 號行星的軌道。紫色軌道主要受 9 號行星的引力控制，比較密集。另一方面，綠色軌道與海王星緊密耦合，相對松散。最新的軌道計算表明，9 號行星是一顆質(zhì)量約為地球 5 倍的行星，它大概位于軌道的偏心上，運行周期約為 1 萬年。（來源: James Tuttle Keane /加州理工學院）從名字中也能看出，雖然至今未能找到第九行星，但多數(shù)研究都還是基于“第九行星是一顆行星”的基礎之上。但為何 Scholtz 和 Unwin 會提出“第九行星是黑洞”的猜想呢？這一研究的起因還需從原初黑洞說起。原初黑洞（primordial black hole），又稱為太初黑洞，是一種假想的黑洞類型。這類黑洞不是由大質(zhì)量恒星的引力坍縮形成的，而是來源于宇宙早期大爆炸暴漲時物質(zhì)的超高密度。雖然到目前為止，并沒有任何證據(jù)能直接支持原初黑洞的存在，但此前有多個研究指向：原初黑洞可能是普遍存在的。其中一個重要的研究就是由波蘭華沙大學發(fā)起的一個研究項目： 光學重力透鏡實驗（Optical Gravitational Lensing Experiment，簡稱 OGLE），其目標是根據(jù)引力透鏡效應（gravitational lensing），來尋找宇宙中的黑暗物質(zhì)。根據(jù)廣義相對論，引力透鏡效應就是當背景光源發(fā)出的光在引力場（如星系、星系團及黑洞）附近經(jīng)過時，光線會像通過透鏡一樣發(fā)生彎曲。 圖 | 引力透鏡模擬的黑洞（圖源：Wikipedia） 多數(shù)引力場都是巨大的，它可能是一整個星系甚至是星系團，但 OGLE 研究過程中觀測到的多個結果指出：有些引力場可能并沒有星系那么大，且離太陽系的距離可能非常近，甚至就在我們所在的銀河系內(nèi)。這些物質(zhì)密度非常高，質(zhì)量可以達到地球的 5 倍左右。這些物質(zhì)到底是什么？目前的研究還未能對此作出判斷，而其中一個重要的猜想就是：原初黑洞。也許正是原初黑洞，在銀河系的范圍內(nèi)造成了引力透鏡效應。這一可能性引起了 Scholtz 和 Unwin 的注意。他們將原初黑洞與第九行星聯(lián)系了起來。他們表示，如果 OGLE 觀測到的引力透鏡事件是原初黑洞造成，那么被太陽系捕獲的原初黑洞也可能讓太陽系邊緣的星體出現(xiàn)軌道異常。在最新的研究中，Scholtz 和 Unwin 從“第九行星如何形成”的角度探討了這種可能性。他們認為，若第九行星是一顆行星，那么它要出現(xiàn)在當前的位置，可能的方式只有三種：第一，第九行星就是在現(xiàn)有的位置形成。這種可能性不大，原因是從太陽系形成至今，并沒有足夠的時間讓一個超大質(zhì)量的行星在如此遠離太陽的距離形成。第二，第九行星最初在更靠近太陽的位置形成，再通過某種方式被“彈射”到現(xiàn)有的位置上。但要將這顆行星“彈射”到現(xiàn)有的位置，需要的條件也極為苛刻，例如附近的一顆恒星經(jīng)過。但現(xiàn)有的研究表明，這種情況在太陽系的歷史上并未出現(xiàn)過。最后一種可能性則是：第九行星原本是一個自由浮動行星（free-floating planet），最初并沒有圍繞任何恒星公轉，但在偶然情況下被太陽的引力場捕獲，最終來到了現(xiàn)有的位置上繞太陽運行。不過目前人類對自由浮動行星的認識也較少。雖然這三種假設都是建立在“第九行星本身是一顆行星”的基礎之上，但 Scholtz 和 Unwin 認為，如果太陽系能夠捕獲一個自由浮動行星，那相同的原理下，太陽的引力場也可能捕獲一個原初黑洞。
圖 | 猜想黑洞直徑約為 5 cm，質(zhì)量為地球 5 倍（來源：麻省理工科技評論）
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