Астрономы пообещали выяснить, является ли Планета X чёрной дырой

Уже в ближайшие годы учёные смогут проверить интригующее предположение, что гипотетическая Планета X на окраинах Солнечной системы является чёрной дырой, образовавшейся в первые секунды после Большого взрыва. Если эта версия подтвердится, открытие войдёт в историю науки.

Парадоксально, но астрономам для проверки этой соблазнительной гипотезы не нужно прилагать никаких дополнительных усилий. Достаточно, чтобы строящийся большой телескоп был запущен в срок и следовал намеченной программе наблюдений.

Этот удивительный вывод представлен в научной статье, принятой к публикации в журнал Astrophysical Journal Letters. Пока же можно ознакомиться с её препринтом.

Новая планета?

Напомним, что несколько лет назад астрономы заговорили о наличии в семье Солнца неизвестной планеты. Авторами этой гипотезы стали Майкл Браун (Michael Brown) и Константин Батыгин (Konstantin Batygin) из Калифорнийского технологического института. На эту мысль исследователей натолкнули траектории небольших небесных тел, расположенных на окраинах Солнечной системы. Эксперты пришли к выводу, что на эти орбиты влияет тяготение неизвестного тела, которое в несколько раз массивнее Земли.

Гипотеза о Планете X соблазнительна, но небесспорна. Среди специалистов нет единодушия по поводу того, действительно ли траектории малых тел искажены неким дополнительным тяготением, как на том настаивают авторы модели. И даже если добавочная гравитация есть, её может порождать не один массивный объект, а множество миниатюрных.

Первичные чёрные дыры: неуловимые и манящие

Тем не менее некоторые эксперты выдвинули ещё более смелое предположение, что "объект X" существует, но является не планетой, а первичной чёрной дырой. Вести.Ru подробно рассказывали об этой версии.

Напомним, что первичные чёрные дыры, как считается, образовались в первые секунды после Большого взрыва. Их существование с неизбежностью следует из Стандартной космологической модели, подтверждённой множеством фактов, от разбегания галактик до химического состава звёзд.

Тем не менее наблюдатели не обнаружили ещё ни одного подобного объекта. И это неудивительно, ведь чёрные дыры потому и называются чёрными, что не испускают света или других видов излучения.

Если первичная чёрная дыра обнаружится буквально на заднем дворе Солнечной системы, это станет поразительным открытием и колоссальной удачей. Но как проверить эту соблазнительную версию?

Всего год наблюдений позволит выяснить, есть ли на окраинах Солнечной системы чёрная дыра.
Иллюстрация NASA’s Goddard Space Flight Center; ESA/Gaia/DPAC.

Вспышки у края бездны

Ответ на этот вопрос дают в своей научной статье дают две звезды научного мира Амир Сирадж (Amir Siraj) и Абрахам Лёб (Abraham Loeb) из Гарвардского университета.

Основная идея этих двух весьма известных авторов самых разных удивительных гипотез и открытий проста. Общепризнанно, что на самых далёких рубежах Солнечной системы располагается огромное скопление небольших ледяных тел, известное как облако Оорта. Именно оттуда приходят долгопериодические кометы. Но если за орбитой Нептуна действительно есть чёрная дыра планетной массы, то гости из облака Оорта время от времени будут на неё падать.

Поглощение такой ледяной глыбы космической хищницей будет сопровождаться вспышкой, которую можно заметить с Земли. (Подчеркнём, что излучение будет испускаться не самой чёрной дырой, которая останется чёрной, а падающим на неё веществом.)

Именно так астрономы обнаруживают более массивные чёрные дыры. Только обычно речь идёт о поглощении огромных масс газа или разрушении звёзд. Но на окраинах Солнечной системы газа очень мало, а разорвать Солнце чёрной дыре массой в 5–10 земных не по силам (и вряд ли стоит этому огорчаться). А вот с залётной кометой подобная "опасная крошка" вполне справится.

Неизвестно где и непонятно когда

Однако не всё так просто. Во-первых, вспышка всё-таки будет очень тусклой. Во-вторых, кратковременной. А в-третьих, трудно сказать заранее, в какой точке неба она произойдёт, ведь орбита гипотетической Планеты X известна лишь приблизительно.

Другими словами, для фиксации такого события необходим чувствительный телескоп, который регулярно обозревает большие участки неба. Между тем самые большие инструменты, наоборот, имеют крайне узкое поле зрения. А телескопы, регулярно обшаривающие небо в поисках вспышек, обычно не очень чувствительны.

Очень удачно, что инструмент с нужными характеристиками вскоре вступит в строй. Это LSST, известный также как Обсерватория имени Веры Рубин.

Огромный 8,4-метровый телескоп будет способен быстро делать снимки больших участков небесной сферы. Всего за неделю наблюдений он успеет дважды обследовать всё небо, и в таком режиме обсерватория будет работать несколько лет.

Всё это делает LSST незаменимым инструментом для поиска тусклых вспышек, которые произойдут неизвестно где и непонятно когда.

"Другие телескопы хороши для наведения на известную цель, – поясняет Лёб. – Но мы не знаем точно, где искать девятую планету. Нам известен только обширный регион, в котором она может находиться".

По расчётам Лёба и Сираджа, уже первый год работы LSST по уже утверждённой программе наблюдений позволит подтвердить или опровергнуть гипотезу о том, что загадочный "объект X" представляет собой чёрную дыру.

Отрицательный результат – тоже результат

Отметим, что поиск подобных вспышек важен не только в связи с природой "Планеты X", само существование которой всё ещё остаётся под вопросом.

Дело в том, что LSST способен обнаружить любую чёрную дыру планетной массы, находящуюся между Солнцем и границей облака Оорта (а она в сто тысяч раз дальше от светила, чем Земля). И если их там не найдётся, это само по себе станет важным научным результатом.

Поясним. Теоретики уверены в существовании первичных чёрных дыр, но не могут точно сказать, как часто они встречаются. Пока наблюдатели могут помочь коллегам только выводами в духе "мы рассчитали максимально возможное число первичных чёрных дыр в Галактике, исходя из того, что мы их не видим; будь их больше, мы бы их уже заметили". Такие наблюдательные ограничения важны, потому что позволяют отбросить теоретические модели, которые им противоречат.

И, по расчётам Лёба и Сираджа, "неоткрытие" первичных чёрных дыр на LSST наложит чрезвычайно строгие наблюдательные ограничения на их численность. Они будут на несколько порядков более жёсткими, чем оценки, существующие на настоящий момент. Так что это тот самый случай, когда отрицательный результат – тоже результат (но положительный, разумеется, был бы куда более интересен).

Напомним, что, согласно плану, первые тестовые наблюдения на LSST начнутся уже в 2021 году, а полноценная научная программа стартует в 2022 году. Так что ждать открытий, возможно, осталось совсем недолго.