— Objavljeno 25/08/2020 / Bug.hr.
U časopisu Physical Review Letters nedavno je objavljen zanimljiv prijedlog za još neopaženo masivno transneptunsko tijelo koje utječe na mala tijela vanjskog Sunčevog sustava: primordijalna crna rupa
"Merkur, Venera, Zemlja, Mars, Jupiter, Saturn, Uran, Neptun, Pluton". To je bila pjesmica koju smo, mi stariji, nekad recitirali u osnovnoj školi i na to se uglavnom svodilo školsko učenje astronomije. Onda je 2006. Pluton izbačen s popisa planeta.
.
Što je planet?
Zašto je Pluton dobio vritnjak, kako bi rekao moj kolega Nenad Raos, objasnio sam neposredno prije nego se to stvarno dogodilo, u članku Kamenje koje pada s neba objavljenom 2006. godine pa sam onda to neuorno ponavljao u svakom tekstu koji je imao neke veze s planetima Sunčevog sustava ili ekstrasolarnim planetima. Zato ću ovdje priču maksimalno skratiti i reći samo najosnovnije za one koji to možda još uvijek ne znaju.
Ljudsko znanje o svijetu koji nas okružuje svakodnevno napreduje. Konkretno, napreduje i znanje o zvjezdanim sustavima i tijelima koje orbitiraju oko zvijezda. Još konkretnije, o planetima danas znamo puno više nego što smo nekad znali. Zato je skroz normalno i potpuno očekivano da s vremena na vrijeme korigiramo svoje definicije fizičkih pojmova. Planet nije nikakav izuzetak. Izbacivanje Plutona nije nikakav hir znanstvenika niti slabost znanosti. To je uobičajena procedura.
Dakle, planet Sunčevog sustava je "nebesko tijelo koje se giba oko Sunca i (1) koje je dovoljno masivno da poprimi približno kuglasti oblik zbog vlastite gravitacije; (2) koje nije dovoljno masivno da postane zvijezda; (3) koje je očistilo okolinu svoje orbite od manjih tijela". Pluton ne zadovoljava treći uvjet pa je sad kategoriziran kao patuljasti planet. Osim Plutona, patuljasti planeti koje zasad znamo su: Ceres, Eris, Haumea i Makemake. Procjenjuje se da postoji još otrilike 200 patuljastih planeta u Kuiperovom pojasu te više od 10000 patuljastih planeta izvan Kuiperovog pojasa, u području Sunčevog sustava koje nazivamo Oortovim oblakom. Je li sad jasno zašto smo morali redefinirati planet? Zamislite da djeca u školi recitiraju popis planeta: "Merkur, Venera, Zemlja, Mars..." i tako dalje svih 10000 planeta.
.
Planet X?
Još kad je Pluton bio deveti na popisu planeta, ljudi su se pitali što je tamo iza. Potencijalni deseti planet nazvan je X zato što je x uobičajeni znak za nepoznanicu i zato što je X rimski 10. Danas je nepoznati planet, ako uopće postoji, planet devet.
Ideja o nepoznatom planetu pojavila se potpuno prirodno. Naime, planeti koji se vide golim okom (Merkur, Venera, Mars, Jupiter i Saturn) bili su poznati još babilonskim astronomima, prije gotovo 4000 godina. Uran, Neptun i Pluton morali su pričekati pojavu dovoljno osjetljivih teleskopa i razvoj opažačkih metoda. Uran je otkriven u 18., Neptun u 19. a Pluton tek u 20. stoljeću.
Uran je zadnji planet koji je otkriven zato što je naprosto viđen (teleskopom) kao svjetla točkica na noćnom nebu. Najprije se mislilo da je zvijezda ili komet, no iz opažanja je izračunata putanja pa je postalo jasno da se radi o planetu. Međutim, Neptun i Pluton otkriveni su drukčije. Najprije su precizna opažanja pokazala poremećaj putanje zadnjeg tada poznatog planeta, a onda su računi pokazali da bi moralo postojati masivno tijelo izvan orbite zadnjeg poznatog planeta. Tek tada je krenula potraga. Neptun i Pluton bili su najprije predviđeni pa tek onda traženi i otkriveni.
Bez obzira na kategorizaciju Plutona, i danas postupamo na isti način. Pažljiva opažanja orbita transneptunskih tijela, a to su sva tijela Sunčevog sustava iza Neptuna, pokazuju da tamo postoji još relativno velikih tijela za koja ne znamo. Pitanje je može li koje od tih tijela biti planet?
.
Primordijalna crna rupa
S obzirom na treći kriterij nove definicije planeta, očišćenost okoline orbite od manjih tijela, i s obzirom da transneptunsko područje obiluje mnoštvom malih tijela Sunčeva sustava, teško da bi neki novootkriveni objekt zadovoljio kriterij planeta. Ipak, nije isključeno.
Zapravo, nije toliko ni važno je li neko masivno, još neotkriveno, tijelo planet ili patuljasti planet. Zanimljivo je da bi u transneptunskom području načelno moglo biti tijela čija je masa usporediva s masom Zemlje. Prema utjecaju na orbite onih tijela koja tamo možemo opažati, moguće je da postoji još neki relativno masivni objekt. S druge strane, brojni osjetljivi instrumenti takav objekt do danas nisu opazili. Ipak, te se dvije, naizgled suprotne, činjenice mogu pomiriti jednom zanimljivom hipotezom.
Dva teorijska fizičara, Jakub Scholtz iz Velike Britanije i James Unwin iz SAD-a, objavili su rad u časopisu Physical Review Letters u kojem su pokazali da se nepravilnosti u putanjama transneptunskih tijela mogu objasniti primordijalnim crnim rupama čije su mase višestruko veće od mase Zemlje. Poticaj za tu pretpostavku došao je iz analize podataka dugogodišnjih opažanja eksperimenta s gravitacijskim lećama u optičkom području OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment).
Gravitacijska leća je pojava iskrivljenja slike dalekih objekata zbog skretanja svjetlosti oko vrlo masivnog objekta koji je na putu između izvora i opažača. Podaci OGLE podržavaju hipotezu da u transneptunskom području postoji prostorno mali, a masom vrlo veliki objekt. Iz nepravilnosti u putanjama procjena mase tog objekta je oko 10 masa Zemlje. Crna rupa s takvom masom imala bi promjer otprilike 20 cm, kao nogometna lopta.
Takve crne rupe mogle su biti stvorene u ranoj fazi razvoja svemira, zato ih nazivamo primordijalnima. Predviđene su nekim teorijskim modelima, ali dosad nisu opažene. U našem Sunčevom sustavu jedna je takva crna rupa mogla završiti slučajno, tako da je prvobitno lutala svemirskim prostorom pa je onda uhvaćena Sunčevom gravitacijom.
Konačno, spomenuti rad daje i prijedlog kako bi mogla biti potvrđena hipoteza primordijalne crne rupe koja u Sunčevom sustavu igra ulogu planeta X. Oko takve crne rupe gustoća tamne tvari trebala bi biti značajno veća od gustoće tamne tvari u okolini. Zbog veće gustoće tamne tvari trebala bi biti i učestalija pojava anihilcije čestica tamne tvari pri kojoj nastaje rendgensko zračenje i gama-zračenje. Efektivno, takva bi crna rupa djelovala kao izvor rendgenskog i gama-zračenja. Zračenje se, naravno, ne emitira iz unutrašnjosti crne rupe nego iz njezine bliske okoline, no za daleki sitni objekt to djeluje kao točkasti izvor. Dakle, mjerenjem pozadine rendgenskog i gama-zračenja u određenom smjeru prema transneptunskom području primordijalna crna rupa trebala bi se istaknuti kao sjajnija od okoline, pod uvjetom da su detektori dovoljno osjetljivi. Čerenkovljevi teleskopi, koji opažaju kozmičko gama-zračenje vrlo visokih energija, već su tragali za signalom primordijalnih crnih rupa, a i bili usmjeravani prema transneptunskim objektima, oboje u nešto drukčijem kontekstu. Sad samo treba objediniti iskustva tih studija i provesti opažanje koje će nas možda dovesti do najneobičnije nogometne lopte u Sunčevom sustavu.