После столетий наблюдений за небом карта нашей Cолнечной системы стала довольно подробной. Мы живем на одной из скалистых внутренних планет. Далее следует пояс астероидов, два газовых гиганта, два ледяных гиганта, а затем второй пояс из множества мелких ледяных тел. Однако теперь исследователи подозревают, что в малоизученной внешней Солнечной системе скрывается таинственная Девятая планета.
Ведущая теория состоит в том, что гигантская планета, как минимум в десять раз тяжелее Земли, влияет на тела за орбитой Нептуна, заставляя их танцевать определенный гравитационный вальс. Впервые идея о существовании этой планеты была выдвинута в 2014 году астрономами Чедвиком Трухильо и Скоттом Шеппардом, и с тех пор появляются и альтернативные предположения.
Например, недавно астрофизик Энн-Мари Мэдиган вместе с коллегами рассчитали, что огромный диск из небольших космических булыжников может создавать гравитационные эффекты, идентичные одной большой планете. Другие исследователи пошли еще дальше, предполагая, что таинственный объект может быть черной дырой размером с мячик для тенниса. И если кто-то из них прав, то поиски «гравитационного возмутителя» силами современных телескопов не имеют смысла — у нас нет способов засечь настолько мелкие и тусклые объекты на таких огромных дистанциях. И в таком случае астрономам придется проявить больше терпения и, возможно, больше изобретательности.
Орбиты многих транснептуновых объектов расположены уж слишком «правильно».
Одна из проблем в теории Девятой планеты состоит в том, что хотя она и объясняет странные орбиты транснептуновых объектов, наблюдаемые астрономами, теоретики не уверены, как такая огромная планета может существовать во внешней Солнечной системе. Гравитация Солнца ослабевает вместе с его светом, поэтому огромная планета, образовавшись там, за 4 миллиарда лет с легкостью может быть унесена проходящей рядом звездой. А если она образовалась близко к Солнцу, а затем стала дрейфовать наружу, то что же ее останавливало? «Это странное место для планеты», — говорит Джеймс Анвин, физик из Университета Иллинойса в Чикаго.
Поэтому, по его словам, симуляция Мэдиган имеет смысл — она позволяет получить сгруппированные орбиты далеких тел без головной боли с Девятой планетой. Анвин говорит, что когда формировалась Солнечная система, Юпитер и Сатурн должны были вывести множество планетарных обломков на длинные овальные орбиты, которые в совокупности образуют незамеченный шайбообразный диск за пределами орбиты Плутона. Другие исследователи предполагали, что крошечные массы таких разрозненных объектов никак не могут создать существенную гравитацию, но Мэдиган обнаружила, что это не так.
Когда она создавала цифровые модели Солнечной системы, то обнаружила, что в какой-то момент в далеком прошлом диск мог превратиться в недолговечный конус, прежде чем вернуться обратно в форму «более пушистого» диска. И в состоянии конуса гравитационное влияние множества мелких тел вполне может быть сравнимо с влиянием Девятой планеты. «Таким образом вы можете объяснить все, что было аномальным во внешней Солнечной системе», — говорит Мэдиган.
Тем не менее, она указывает, что ее моделирование требует своеобразного «прыжка веры». Для того, чтобы диск полностью соответствовал Девятой планете по оказываемому на другие тела гравитационному влиянию, он должен быть в 20 раз тяжелее Земли — это сравнимо вообще со всем веществом Солнечной системы за орбитой Плутона. «Мы действительно находимся на грани разумного», — говорит Мэдиган.
Возможные этапы формирования внешнего диска Солнечной системы.
Есть и более разумный вариант, предложенный соавтором другой статьи Антриком Сефиляном, кандидатом наук в Кембриджском университете. Его команда рассчитала вариант, в котором существует и внешний диск, и Девятая планета. И в таком случае для создания нужного гравитационного эффекта их размеры должны быть меньше, что повышает шанс на существование их обоих.
Независимо от того, является ли таинственный «гравитационный возмутитель» идеально расположенной планетой, особо массивным диском или какой-то их комбинацией, астрофизики склоняются к выводу, что во внешней Солнечной системе существует нечто невероятное. И некоторые в своих предположениях заходят существенно дальше других.
Прошлой осенью Анвин выступил соавтором публикации, в которой высказывалось предположение, что загадочный объект может быть маленькой черной дырой, образовавшейся из сверхплотной материи в момент начального расширения Вселенной. На данный момент такие первичные черные дыры все еще остаются теоретическими, однако их массы вполне могут быть в несколько раз больше земной. И если они на самом деле существуют, то Солнце могло захватить одну из них во время своего путешествия по Млечному пути. «Это безумная идея», — говорит Анвин, «но она не является совершенно фантастической».
Как видите, всевозможных идей хватает, и поставить точку в этом вопросе смогут, судя по всему, лишь астрономы. Так, Майк Браун, влиятельный сторонник теории Девятой планеты, активно изучает небо, чтобы завершить эту дискуссию. По его словам, если эта таинственная планета действительно на порядок тяжелее Земли, то скорее всего она является каменистой и втрое больше нашего мира по габаритам. Засечь такой объект на краю Солнечной системы мощные современные телескопы могут, однако проблема заключается в огромной области неба, которую нужно изучить.
Так выглядит Плутон в достаточно мощный наземный телескоп. Очевидно, что обнаружить черную дыру, не излучающую свет и имеющую размеры с апельсин, таким способом просто невозможно.
Если Браун не обнаружит планету, обсерватория следующего поколения имени Веры Рубин (ранее Большой обзорный телескоп), которая, как ожидается, сделает первые снимки в этом году, вероятно, вынесет вердикт в течение ближайших пяти лет. Поскольку она будет способна обнаруживать гораздо более тусклые и мелкие объекты, чем современные телескопы, Мэдиган ожидает, что она либо найдет Девятую Планету, либо начнет составлять карту объектов на внутреннем краю рассчитанного ею диска. Или же вообще обнаружит новые транснептуновые объекты, которые разрушат существующую красивую схему, где они все группируются в одном месте, и необходимость в Девятой планете или ее заменителе отпадет.
В том маловероятном случае, если и телескопы будущего потерпят неудачу, а гравитационная аномалия сохранится, теория черных дыр Анвина может начать выглядеть еще более разумной. Эдвард Виттен, физик-теоретик и пионер теории струн, выложил на прошлой неделе статью на Arxiv.org, описывающую крайние меры для обнаружения небольшого абсолютно невидимого тела: отправку поисковой группы из множества зондов.
Вдохновленный Breakthrough Starshot, амбициозным проектом, в рамках которого в будущем планируется отправка целой флотилии нанозондов к ближайшей звезде, Виттен предложил отправить множество простых зондов во всех направлениях, в надежде, что кто-нибудь из них сможет почувствовать гравитационное влияние, пролетая рядом с черной дырой. Оснащенные легкими космическими парусами, такие зонды теоретически смогут разогнаться до одной сотой скорости света, толкаемые мощным лазерным лучом с Земли, в результате чего путешествие в область местонахождения теоретической первичной черной дыры может сократиться примерно до десятилетия. Такие зонды смогут составить окончательную карту масс во внешней Солнечной системе, определив там все объекты, будь то планеты, диски, черные дыры или все вышеперечисленное.
Однако, разумеется, даже спустя десятилетие это все еще будет фантастикой. Стоимость одной только инфраструктуры для запуска зондов составит многие миллиарды долларов, а необходимых очень мощных лазеров и материала для парусов спутников на сегодняшний день вообще не существует. Также есть шанс того, что из-за огромной скорости полета зонды могут «проскочить» черную дыру, не заметив ее влияния. «Это очень забавная идея», — говорит Анвин. «Однако она будет иметь премиальный ценник и скорее всего сможет ответить на все вопросы о внешней Солнечной системе».
