Eskadra malutkich sond odpowiedziałaby na pytanie czy Planeta 9 jest kilkucentymetrową czarną dziurą

News/Kosmos 22.05.2020
Eskadra malutkich sond odpowiedziałaby na pytanie czy Planeta 9 jest kilkucentymetrową czarną dziurą

Eskadra malutkich sond odpowiedziałaby na pytanie czy Planeta 9 jest kilkucentymetrową czarną dziurą

A gdyby tak w kierunku zewnętrznych rejonów Układu Słonecznego wysłać całą eskadrę niewielkich sond kosmicznych? Czy wtedy udałoby się potwierdzić istnienie pierwotnej czarnej dziury, która odpowiada za osobliwe orbity niektórych obiektów Pasa Kuipera? Autorzy dwóch niezależnych artykułów naukowych sądzą, że tak.

Orbity niektórych obiektów Pasa Kuipera wskazują, że w odległości 500 AU (jednostek astronomicznych, 1AU=ok. 150 mln km) od Ziemi, w kierunku gwiazdozbioru Oriona, znajduje się obiekt kilkukrotnie masywniejszy od Ziemi.

Póki co, poszukiwania tej potencjalnej, dziewiątej planety Układu Słonecznego nie doprowadziły do żadnego odkrycia, choć akurat nic w tym dziwnego, bowiem w tej odległości nawet duża i odbijająca dużo światła planeta pozostawałyby na granicy zasięgu nawet największych obecnych teleskopów wykorzystywanych do przeglądów rozległych obszarów nieba.

A jeżeli to nie jest planeta?

Niemożność odkrycia planety sprawiła, że niektórzy naukowcy zaczęli zastanawiać się czy owa planeta nie jest w rzeczywistości czarną dziurą o średnicy kilku centymetrów. Choć jest to mało prawdopodobne, to jednak naukowcy z Uniwersytetu w Durham w Wielkiej Brytanii oraz z Uniwersytetu w Chicago postanowili sprawdzić czy jest to w ogóle możliwe. Według badaczy pole grawitacyjne, które zaburza orbity niektórych obiektów Pasa Kuipera, może być polem grawitacyjnym niewielkiej czarnej dziury przechwyconej grawitacyjnie przez Słońce kilka miliardów lat temu.

Choć takiego obiektu nie dałoby się dostrzec za pomocą teleskopu, to jego obecność można potwierdzić w zupełnie inny sposób. W artykule naukowym opublikowanym na serwisie arXiv, Edward Witten z Uniwersytetu w Princeton wskazuje, że czarną dziurę o masie kilku mas Ziemi można odkryć wysyłając w jej stronę setki czy tysiące miniaturowych sond.

Sondy o napędzie laserowym

Sondy proponowane przez Wittena przypominają w pewnym stopniu sondy opisywane w projekcie Breakthrough Starshot, czyli sondy o masie ok. 1 g, które miałyby być wysłane w 20-letnią podróż w kierunku najbliższej nam gwiazdy, Alfa Centauri. Owe sondy miałyby być rozpędzane do prędkości 0,2c (c – prędkość światła) za pomocą wiązki laserowej emitowanej z Ziemi. Sondy proponowane przez Wittena osiągnęłyby odległość 500 AU w ciągu 10 lat, lecąc tam z prędkością 0,001c i mogłyby mieć masę około 100 g.

Choć wymagałoby to znacznie mniejszej miniaturyzacji niż w przypadku Breakthrough Starshot, to nie byłoby to łatwe zadanie. Sondom wciąż trzeba by było nadać prędkość 20 razy większą od prędkości sondy New Horizons, która w 2015 r. odwiedziła Plutona.

Wysyłając setki miniaturowych sond w ogólnym kierunku potencjalnej czarnej dziury można mieć nadzieję, że przynajmniej kilka z nich przeleci w odległości kilkudziesięciu jednostek astronomicznych od niej, przyspieszając nieznacznie w jej polu grawitacyjnym. Jeżeli takie sondy będą wysyłać w stronę Ziemi impulsy w regularnych odstępach czasu, to ten które znajdą się w polu grawitacyjnym czarnej dziury zaczną wysyłać impulsy z mierzalnym opóźnieniem.

Według obliczeń Wittena, aby wykryć obecność czarnej dziury, musielibyśmy mierzyć odstępy czasowe między impulsami z dokładnością do 0,0001 s na rok. Jest to poziom dokładności dostępny obecnie dla zegarów atomowych, aczkolwiek ciężko wyobrazić sobie zmieszczenie takiego urządzenia na sondzie o masie ograniczonej do 100 g.

Nie wiemy czy to podejście jest wykonalne, ani czy nawet jest najlepsze gdyby było wykonalne – przyznaje Witten.

A może nie trzeba nasłuchiwać sygnałów?

W odpowiedzi na propozycję Wittena, naukowcy z Uniwesytetu w Maryland opracowali alternatywne podejście, które także opisali w artykule opublikowanym na arXiv. W tym przypadku nie trzeba już na pokład sondy pakować zegara atomowego. Wystarczy bowiem, aby naukowcy dostrzegli odchylenia toru lotu sond po tym jak przelecą w pobliżu czarnej dziury. Te sondy, które wystarczająco zbliżą się do czarnej dziury nieznacznie zmienią tor lotu. W ciągu kolejnych kilku lat  będą znajdowały się już 1000 km w bok od miejsca, w którym znajdowałyby się gdyby czarnej dziury nie było. Tego rodzaju odchylenia można dostrzec z Ziemi za pomocą techniki interferometrii wielobazowej na falach radiowych.

Jest jednak pewien problem…

Thiem Hoang z Koreańskiego Instytutu Astronomii i Nauk o Przestrzeni Kosmicznej wraz z Abrahamem Loebem z Harvardu zauważają, że autorzy obu powyższych pomysłów skupiają się jedynie na grawitacji, podczas gdy w rzeczywistości opór i siły elektromagnetyczne ze strony niejednorodnego ośrodka międzygwiezdnego też mogą zaburzać trajektorię lotu sond, a tym samym sprawić, że sygnał pochodzący od czarnej dziury, całkowicie zniknie w szumie.

A co na to odkrywcy dziewiątej planety?

Tzn. odkrywców nie ma, ale temat Planety nr 9 powrócił kilka lat temu, kiedy Mike Brown z Caltech oraz jego doktorant Konstantin Batygin przewidzieli istnienie takiej planety na podstawie dogłębnej analizy orbit obiektów Pasa Kuipera.

Uwielbiam takie pomysły, ale nie ma żadnego powodu, aby myśleć, że Planeta 9 jest czarną dziurą – mówi Brown. Wciąż jej szukamy. Jeżeli nie uda nam się jej znaleźć w trakcie trwających programów obserwacyjnych, podejrzewam, że dostrzeżemy ją gdy tylko Obserwatorium Very C. Rubin zacznie działać.

Dołącz do dyskusji