¿Es el misterioso 'Planeta 9' de nuestro sistema solar realmente un agujero negro del tamaño de una toronja?

octubre 2, 2019

Dos físicos piensan que deberíamos verificar si hay un antiguo agujero negro del tamaño de una toronja escondido en nuestro sistema solar. Y ese objeto pequeño y pesado podría, de hecho, tomar el lugar de un planeta teórico que algunos investigadores creen que podría estar tirando de otros objetos de nuestro sistema solar, el llamado Planeta 9.

¿Eso significa que realmente hay un agujero negro escondido en nuestro rincón del espacio? No, dijeron los investigadores.

Pero han reunido un argumento para su existencia que creen que es lo suficientemente convincente como para que valga la pena investigarlo.

Así es como va:

Lejos, en los confines del sistema solar, más allá de donde Neptuno, nuestro planeta más distante conocido, orbita, hay un puñado de pequeños objetos que se comportan de manera extraña. Estos "objetos trans-Nuptunianos" (TNO) se agrupan de formas inusuales, y tienden a girar alrededor de ejes que apuntan hacia una amplia franja del cielo, lejos de los planetas más grandes conocidos. Además, críticamente, los TNO orbitan en un plano diferente a los ocho planetas conocidos. Eso sugiere que algo más está tirando de ellos con su gravedad.

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Algunos astrónomos observaron ese extraño patrón, realizaron algunos cálculos y concluyeron que debe haber otro planeta ahí fuera, uno que sea de 10 a 20 veces la masa de la Tierra y que siga una órbita inestable que lo transporta a cientos de veces la distancia de la Tierra desde Dom. Es una teoría extraña, generalmente llamada "Planeta 9, "pero uno que los astrónomos toman en serio. La búsqueda del Planeta 9 ha continuado durante años, con astrónomos que utilizan luz visual y telescopios infrarrojos para escanear las partes más externas del sistema solar.

"Lo que nos dimos cuenta es que el gravedad es lo importante ", dijo Jakub Scholtz, físico de la Universidad de Durham en Inglaterra y uno de los dos astrónomos detrás de la idea." No es necesario que sea un planeta. La explicación más mundana, o quizás la más sensata, es que es un planeta. Pero como físicos teóricos, sabemos que la cosmología del universo temprano puede introducir muy fácilmente una gama de nuevos cuerpos teóricos muy interesantes, uno de los cuales … es los agujeros negros primordiales ".

Los agujeros negros primordiales son diferentes

Por lo general, cuando hablamos de agujeros negros, nos referimos a enormes objetos formados cuando las estrellas gigantes colapsan sobre sí mismas, atrapando a sus masas en singularidades infinitamente densas, rodeadas de gigantes "horizontes de eventos" a partir del cual ninguna luz puede escapar. Pero algunos cosmólogos creen que en los primeros momentos del universo, cuando todo estaba caliente y denso y se alejaba rápidamente del Big Bang, y aún no se habían formado estrellas, ya estaban surgiendo agujeros negros.

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Estos fantasmas primordiales de la creación del universo se habrían formado cuando trozos de esa materia primitiva se aplastaron tan fuertemente que se condensaron en singularidades.

"Esa parte del universo es tan densa que se convierte en un agujero negro", dijo Scholtz a Live Science.

Estos agujeros negros serían más pequeños que estelares agujeros negros formado por el colapso de estrellas masivas, dijo James Unwin, físico de la Universidad de Chicago y coautor del artículo. Y según algunos modelos, serían un puñado de veces más pesados ​​que la Tierra.

Unwin negro de esa masa no se parecería mucho a nada, dijo Unwin. Su horizonte de eventos sería pequeño, aproximadamente del tamaño de una toronja si es cinco veces la masa de la Tierra, y del tamaño de una bola de boliche a 10 veces la masa de la Tierra. Pero la gravedad es la gravedad. Si un PBH llegara a nuestro sistema solar, ese agujero negro orbitaría al sol como lo haría un planeta, y tiraría de planetas y asteroides enanos como lo haría el teórico Planeta 9. No habría forma de distinguir los efectos de la gravedad de un planeta de la de un agujero negro primordial de la misma masa.

Una imagen del documento muestra la escala exacta del horizonte de eventos del agujero negro si son cinco masas terrestres. (Nota: probablemente no se mostrará a la escala exacta en su dispositivo, pero imagine lo grande que se vería si lo imprimiera de manera que el espacio en blanco fuera exactamente tan ancho como una hoja de papel de su impresora).

(Crédito de la imagen: Jakub Scholtz y James Unwin)

Los mismos modelos que producen agujeros negros primordiales, dijo Unwin, también ofrecen la mejor explicación de cómo surgió en el universo el mecanismo de Higgs (pensado para imbuir masa en todas las partículas) y otras físicas básicas. Entonces, hay buenas razones para pensar que estas cosas existen, ya sea que alguna haya terminado en nuestro sistema solar o en cualquier otro sistema estelar. Pero nadie ha encontrado uno realmente.

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Luz de flexión de agujeros negros

Sin embargo, hay evidencia reciente que sugiere que realmente podrían existir, dijo Unwin.

"Creo que esto es bastante desconocido en la comunidad", dijo Unwin, "y realmente estamos tratando de llamar la atención".

Hay un experimento llamado Experimento de Lente Gravitacional Óptica (OGLE) en Polonia. Escanea el cielo en busca de evidencia de "microlente" gravitacional, lugares en el espacio donde un planeta o la gravedad de algún otro objeto ha doblado la trayectoria de un rayo de luz, haciendo que golpee la Tierra. En los casos de las estrellas estudiadas por OGLE, esta curvatura de la luz se parece a la estrella que se ilumina momentáneamente.

Pero OGLE ha informado algo extraño, dijeron. Seis veces, ha visto eventos de microlente muy breves, de menos de 0,3 días de duración, que sugieren objetos que se mueven muy rápido entre 0,5 masas terrestres y 20 masas terrestres que pasan por las estrellas. Así no es como los planetas se ven a OGLE, dijo Unwin, y hay buenas razones para sospechar que los seis objetos podrían ser agujeros negros primordiales. (Otra posibilidad es que los "planetas flotantes libres" que se mueven muy rápido se mueven alrededor de los sistemas estelares externos, pero los modelos planetarios actuales no predecirían que muchos de esos planetas se mueven alrededor del universo)

Si esos seis objetos eran pequeños agujeros negros antiguos, dijo Scholtz, eso significa que esos agujeros negros no son tan raros en el universo. No esperarías que aparecieran en todos los sistemas estelares, dijo. Y la mayoría flotaría libremente por el espacio. Pero no sería terriblemente impactante si nuestro sistema tuviera suerte y recogiera uno, dijo.

La teoría del agujero negro del Planeta 9 explica dos misterios: la anomalía del objeto transneptuniano y la anomalía OGLE.

"Estas dos cosas apuntan al mismo rango de masa", dijo Unwin. "Esto es lo que nos emocionó bastante".

"Esa es la clave", agregó Scholtz. "El planeta perdido está en algún lugar entre unas cinco y 20 masas terrestres, y la evidencia OGLE apunta en algún lugar entre 0.5 y 20 masas terrestres. Por lo tanto, esto es una coincidencia".

Si la anomalía TNO realmente resulta ser un agujero negro, dijo Unwin, es un gran problema. Probaría la existencia de agujeros negros primordiales y establecería un rango de masa para ellos que explicaría cuándo exactamente la historia del universo se formaron, lo que explicaría cómo surgieron muchas otras partes de la física.

¿Significa eso que cualquiera de los investigadores está convencido de que hay un agujero negro en nuestro sistema solar, o incluso piensa que probablemente hay uno por ahí? No, dijeron ambos. Es posible que la anomalía TNO realmente no apunte a un solo objeto pesado, o que la anomalía OGLE sea una casualidad, o el resultado de un equipo defectuoso.

¿Existe el Planeta 9?

Algunos astrónomos dudan de que haya algo ahí fuera.

"No sé lo suficiente sobre los PBH [primordial black holes] para saber cuánto stock poner en la posibilidad de tener uno en el sistema solar distante ", dijo Nathan Kaib, un astrónomo de la Universidad de Oklahoma que no participó en el trabajo de Unwin y Scholtz." Sin embargo, diré que yo soy algo escéptico de la necesidad del Planeta 9. "

La anomalía orbital TNO (objeto transneptuniano) parece ser real, dijo, pero esta idea del planeta que se esconde más allá de los TNO no lo explica tan bien. Y, como escribió en un artículo publicado el 2 de julio en El diario astronómico, esperarías que Planet 9 creara otras anomalías que no han aparecido en los datos.

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"Esto me deja un tanto escéptico sobre la existencia del planeta, y si se supone que el PBH produce los mismos … efectos que el planeta, creo que yo también sería igualmente escéptico al respecto, pero esto es bastante independiente del idea de los mismos PBH ", dijo Kaib.

Pero algunos astrónomos todavía piensan que hay un planeta ahí afuera. Y esa evidencia es lo suficientemente fuerte, y la búsqueda de un planeta ha durado lo suficiente, dijo Unwin, que al menos vale la pena explorar si algún objeto similar a un planeta que no sea un planeta está causando el efecto.

Una forma de verificarlo, sugirieron en un documento aún no revisado por pares publicado en línea en el servidor de preimpresión arXiv, es buscar signos de "aniquilación de la materia oscura". Las teorías de los PBH sugieren que estarían rodeados de densos halos de materia oscura eso podría sobrevivir parcialmente intacto incluso después de miles de millones de años deambulando por el universo. Y algunas teorías sobre la materia oscura sugieren que a veces sus partículas se "aniquilan" y se convierten en fotones de rayos gamma. Potencialmente podríamos detectar esos fotones en la Tierra.

(Tal detección resolvería de manera concluyente un tercer gigante misterio de la física, para aquellos que siguen: si la materia oscura puede convertirse en partículas que reconocemos del universo luminoso).

Es posible que nuestros telescopios ya hayan captado esos fotones de rayos gamma, escribieron los investigadores. Entonces, su próximo paso es mirar a través de los datos del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, que escanea grandes parches de cielo en busca de partículas, para ver si pueden encontrar indicios de uno.

Si la cacería de rayos gamma se convierte en un pequeño agujero negro, dijo Scholtz, las posibilidades son infinitas. Incluso podríamos enviar una misión allí, dijo.

"Esta es potencialmente una oportunidad para jugar con un agujero negro real", dijo. "¿Qué tan emocionante es eso?"

Aún así, nadie está apostando por eso todavía.

Publicado originalmente en Ciencia viva.

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(Crédito de la imagen: Future plc)

Dos físicos piensan que deberíamos verificar si hay un antiguo agujero negro del tamaño de una toronja escondido en nuestro sistema solar. Y ese objeto pequeño y pesado podría, de hecho, tomar el lugar de un planeta teórico que algunos investigadores creen que podría estar tirando de otros objetos de nuestro sistema solar, el llamado Planeta 9.

¿Eso significa que realmente hay un agujero negro escondido en nuestro rincón del espacio? No, dijeron los investigadores.

Pero han reunido un argumento para su existencia que creen que es lo suficientemente convincente como para que valga la pena investigarlo.

Así es como va:

Lejos, en los confines del sistema solar, más allá de donde Neptuno, nuestro planeta más distante conocido, orbita, hay un puñado de pequeños objetos que se comportan de manera extraña. Estos "objetos trans-Nuptunianos" (TNO) se agrupan de formas inusuales, y tienden a girar alrededor de ejes que apuntan hacia una amplia franja del cielo, lejos de los planetas más grandes conocidos. Además, críticamente, los TNO orbitan en un plano diferente a los ocho planetas conocidos. Eso sugiere que algo más está tirando de ellos con su gravedad.

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Algunos astrónomos observaron ese extraño patrón, realizaron algunos cálculos y concluyeron que debe haber otro planeta ahí fuera, uno que sea de 10 a 20 veces la masa de la Tierra y que siga una órbita inestable que lo transporta a cientos de veces la distancia de la Tierra desde Dom. Es una teoría extraña, generalmente llamada "Planeta 9, "pero uno que los astrónomos toman en serio. La búsqueda del Planeta 9 ha continuado durante años, con astrónomos que utilizan luz visual y telescopios infrarrojos para escanear las partes más externas del sistema solar.

"Lo que nos dimos cuenta es que el gravedad es lo importante ", dijo Jakub Scholtz, físico de la Universidad de Durham en Inglaterra y uno de los dos astrónomos detrás de la idea." No es necesario que sea un planeta. La explicación más mundana, o quizás la más sensata, es que es un planeta. Pero como físicos teóricos, sabemos que la cosmología del universo temprano puede introducir muy fácilmente una gama de nuevos cuerpos teóricos muy interesantes, uno de los cuales … es los agujeros negros primordiales ".

Los agujeros negros primordiales son diferentes

Por lo general, cuando hablamos de agujeros negros, nos referimos a enormes objetos formados cuando las estrellas gigantes colapsan sobre sí mismas, atrapando a sus masas en singularidades infinitamente densas, rodeadas de gigantes "horizontes de eventos" a partir del cual ninguna luz puede escapar. Pero algunos cosmólogos creen que en los primeros momentos del universo, cuando todo estaba caliente y denso y se alejaba rápidamente del Big Bang, y aún no se habían formado estrellas, ya estaban surgiendo agujeros negros.

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Estos fantasmas primordiales de la creación del universo se habrían formado cuando trozos de esa materia primitiva se aplastaron tan fuertemente que se condensaron en singularidades.

"Esa parte del universo es tan densa que se convierte en un agujero negro", dijo Scholtz a Live Science.

Estos agujeros negros serían más pequeños que estelares agujeros negros formado por el colapso de estrellas masivas, dijo James Unwin, físico de la Universidad de Chicago y coautor del artículo. Y según algunos modelos, serían un puñado de veces más pesados ​​que la Tierra.

Unwin negro de esa masa no se parecería mucho a nada, dijo Unwin. Su horizonte de eventos sería pequeño, aproximadamente del tamaño de una toronja si es cinco veces la masa de la Tierra, y del tamaño de una bola de boliche a 10 veces la masa de la Tierra. Pero la gravedad es la gravedad. Si un PBH llegara a nuestro sistema solar, ese agujero negro orbitaría al sol como lo haría un planeta, y tiraría de planetas y asteroides enanos como lo haría el teórico Planeta 9. No habría forma de distinguir los efectos de la gravedad de un planeta de la de un agujero negro primordial de la misma masa.

Una imagen del documento muestra la escala exacta del horizonte de eventos del agujero negro si son cinco masas terrestres. (Nota: probablemente no se mostrará a la escala exacta en su dispositivo, pero imagine lo grande que se vería si lo imprimiera de manera que el espacio en blanco fuera exactamente tan ancho como una hoja de papel de su impresora).

(Crédito de la imagen: Jakub Scholtz y James Unwin)

Los mismos modelos que producen agujeros negros primordiales, dijo Unwin, también ofrecen la mejor explicación de cómo surgió en el universo el mecanismo de Higgs (pensado para imbuir masa en todas las partículas) y otras físicas básicas. Entonces, hay buenas razones para pensar que estas cosas existen, ya sea que alguna haya terminado en nuestro sistema solar o en cualquier otro sistema estelar. Pero nadie ha encontrado uno realmente.

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Luz de flexión de agujeros negros

Sin embargo, hay evidencia reciente que sugiere que realmente podrían existir, dijo Unwin.

"Creo que esto es bastante desconocido en la comunidad", dijo Unwin, "y realmente estamos tratando de llamar la atención".

Hay un experimento llamado Experimento de Lente Gravitacional Óptica (OGLE) en Polonia. Escanea el cielo en busca de evidencia de "microlente" gravitacional, lugares en el espacio donde un planeta o la gravedad de algún otro objeto ha doblado la trayectoria de un rayo de luz, haciendo que golpee la Tierra. En los casos de las estrellas estudiadas por OGLE, esta curvatura de la luz se parece a la estrella que se ilumina momentáneamente.

Pero OGLE ha informado algo extraño, dijeron. Seis veces, ha visto eventos de microlente muy breves, de menos de 0,3 días de duración, que sugieren objetos que se mueven muy rápido entre 0,5 masas terrestres y 20 masas terrestres que pasan por las estrellas. Así no es como los planetas se ven a OGLE, dijo Unwin, y hay buenas razones para sospechar que los seis objetos podrían ser agujeros negros primordiales. (Otra posibilidad es que los "planetas flotantes libres" que se mueven muy rápido se mueven alrededor de los sistemas estelares externos, pero los modelos planetarios actuales no predecirían que muchos de esos planetas se mueven alrededor del universo)

Si esos seis objetos eran pequeños agujeros negros antiguos, dijo Scholtz, eso significa que esos agujeros negros no son tan raros en el universo. No esperarías que aparecieran en todos los sistemas estelares, dijo. Y la mayoría flotaría libremente por el espacio. Pero no sería terriblemente impactante si nuestro sistema tuviera suerte y recogiera uno, dijo.

La teoría del agujero negro del Planeta 9 explica dos misterios: la anomalía del objeto transneptuniano y la anomalía OGLE.

"Estas dos cosas apuntan al mismo rango de masa", dijo Unwin. "Esto es lo que nos emocionó bastante".

"Esa es la clave", agregó Scholtz. "El planeta perdido está en algún lugar entre unas cinco y 20 masas terrestres, y la evidencia OGLE apunta en algún lugar entre 0.5 y 20 masas terrestres. Por lo tanto, esto es una coincidencia".

Si la anomalía TNO realmente resulta ser un agujero negro, dijo Unwin, es un gran problema. Probaría la existencia de agujeros negros primordiales y establecería un rango de masa para ellos que explicaría cuándo exactamente la historia del universo se formaron, lo que explicaría cómo surgieron muchas otras partes de la física.

¿Significa eso que cualquiera de los investigadores está convencido de que hay un agujero negro en nuestro sistema solar, o incluso piensa que probablemente hay uno por ahí? No, dijeron ambos. Es posible que la anomalía TNO realmente no apunte a un solo objeto pesado, o que la anomalía OGLE sea una casualidad, o el resultado de un equipo defectuoso.

¿Existe el Planeta 9?

Algunos astrónomos dudan de que haya algo ahí fuera.

"No sé lo suficiente sobre los PBH [primordial black holes] para saber cuánto stock poner en la posibilidad de tener uno en el sistema solar distante ", dijo Nathan Kaib, un astrónomo de la Universidad de Oklahoma que no participó en el trabajo de Unwin y Scholtz." Sin embargo, diré que yo soy algo escéptico de la necesidad del Planeta 9. "

La anomalía orbital TNO (objeto transneptuniano) parece ser real, dijo, pero esta idea del planeta que se esconde más allá de los TNO no lo explica tan bien. Y, como escribió en un artículo publicado el 2 de julio en El diario astronómico, esperarías que Planet 9 creara otras anomalías que no han aparecido en los datos.

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"Esto me deja un tanto escéptico sobre la existencia del planeta, y si se supone que el PBH produce los mismos … efectos que el planeta, creo que yo también sería igualmente escéptico al respecto, pero esto es bastante independiente del idea de los mismos PBH ", dijo Kaib.

Pero algunos astrónomos todavía piensan que hay un planeta ahí afuera. Y esa evidencia es lo suficientemente fuerte, y la búsqueda de un planeta ha durado lo suficiente, dijo Unwin, que al menos vale la pena explorar si algún objeto similar a un planeta que no sea un planeta está causando el efecto.

Una forma de verificarlo, sugirieron en un documento aún no revisado por pares publicado en línea en el servidor de preimpresión arXiv, es buscar signos de "aniquilación de la materia oscura". Las teorías de los PBH sugieren que estarían rodeados de densos halos de materia oscura eso podría sobrevivir parcialmente intacto incluso después de miles de millones de años deambulando por el universo. Y algunas teorías sobre la materia oscura sugieren que a veces sus partículas se "aniquilan" y se convierten en fotones de rayos gamma. Potencialmente podríamos detectar esos fotones en la Tierra.

(Tal detección resolvería de manera concluyente un tercer gigante misterio de la física, para aquellos que siguen: si la materia oscura puede convertirse en partículas que reconocemos del universo luminoso).

Es posible que nuestros telescopios ya hayan captado esos fotones de rayos gamma, escribieron los investigadores. Entonces, su próximo paso es mirar a través de los datos del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, que escanea grandes parches de cielo en busca de partículas, para ver si pueden encontrar indicios de uno.

Si la cacería de rayos gamma se convierte en un pequeño agujero negro, dijo Scholtz, las posibilidades son infinitas. Incluso podríamos enviar una misión allí, dijo.

"Esta es potencialmente una oportunidad para jugar con un agujero negro real", dijo. "¿Qué tan emocionante es eso?"

Aún así, nadie está apostando por eso todavía.

Publicado originalmente en Ciencia viva.

Banner de todo sobre el espacio

(Crédito de la imagen: Future plc)

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