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2020-06-01太陽系旁有黑洞?第九行星之謎 606 期

Author 作者 陳明堂/中央研究院天文所研究員,臺灣黑洞團隊發起人之一。2019年事件視界望遠鏡成功獲取首張黑洞影像榮獲基礎物理突破獎
自1990年代以來,天文學家在海王星的外圍區域已經發現上千顆的小行星,統稱為海王星外天體或外海天體(Trans-Neptune Object)。2015年,美國加州理工學院(Caltech)的天文學家發現其中幾個小行星的運行軌道有些不規則的現象。這群特別的小行星軌道似乎受到一股來自外圍重力拉扯所造成,猶如在外海天體的外面還有一顆行星等級的星體。因此,他們推論太陽系的外圍應該有一顆還未被發現的行星:第九行星(Planet 9)。
 
依據他們的數學模型,第九行星的軌道遠在海王星之外,在太陽系最遙遠冰冷的角落。它的質量大約是地球的十倍,公轉週期介於1~2萬地球年,但是到今(2020)年為止,還沒有直接的觀測證據顯示九號行星的存在。

現實雖然如此,卻無法阻礙理論學家的想像。就在去(2019)年,兩位分別來自英國和美國的理論天文學家,針對第九行星的謎題加碼提出一個奇特的設想,他們認為九號行星可能是一顆非常奇特的黑洞,稱為太初黑洞(primodial black hole),他們甚至提出如何偵測這種星體的方法。當然,此假設的前提是第九行星必須真的存在。

黑洞其實有好多種,哪種才可能出現在太陽系內?

黑洞就在我們的太陽系,此說法可能會讓一般人覺得是科幻小說的情節。雖然乍聽十分誇張和聳動,但是事實上卻不盡然是天馬行空的幻想。

人們對黑洞的了解是建立在愛因斯坦的廣義相對論。黑洞是經由重力塌縮(gravitational collapse)後形成的星體, 它具有質量、自轉和事件視界(event horizon)。根據理論,任何發生在事件視界裡面的資訊都無法傳遞到外面,所以對外界的觀察者而言,黑洞的物理性質來自於事件視界之外的空間,因此事件視界代表黑洞的視覺大小。根據目前的星球演化理論,依據質量的不同,黑洞可略分為超大質量黑洞(supermassive black hole)、恆星黑洞(stellar black hole)及行星等級黑洞等。


去年,事件視界望遠鏡團隊公布人類史上第一張黑洞影像的證據,臺灣的科學家在拍攝這張歷史影像的過程中有著卓越的貢獻。這張影像來自編號M87星系中心的黑洞,黑洞質量估計是50億個太陽質量,它的事件視界約等於太陽系的大小,是一顆超大質量黑洞。如果太陽系就位在此黑洞旁邊,對渺小的地球人來說將是一件非常不幸的事,地球不但會有隨時被它吞噬的危機,還必須擔心從它周遭發出來的強烈輻射能量。顯然此類型的超大質量黑洞不可能成為太陽的行星。……【更多內容請閱讀科學月刊第606期】