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太阳系中曾有两个太阳？

来源：晰数塔互联网快讯时间：2020年08月28日 20:00

4年前，一些天文学家提出，在外太阳系中可能隐藏着一颗太阳系“第九行星”。但是，第九行星究竟是什么？它为什么会出现在那里？要解释这些问题并不容易。最近，两项研究分别提出了两个疯狂的假说：第九行星可能是一个原初黑洞；或者，它的存在是因为太阳系中曾有第二个太阳。

本文来自微信公众号：环球科学（ID：huanqiukexue），编译：张和持、吴非，题图来自：视觉中国

2006年，在第26届国际天文联合会上，当时的太阳系第九行星冥王星被排除出行星行列，降为矮行星。自此，太阳系中公认的行星只剩下8颗。但在10年后，一些天文学家却重新提出，太阳系中存在第九行星。

他们提出这一猜想的原因是，此前在观测外海王星天体（TNO，即海王星外围绕太阳旋转的天体）时，发现它们的运行轨道与理论计算存在差异。这意味着在外太阳系中，存在着某个引力源，影响了TNO的轨道。进一步的计算指出，这个天体的质量在5~15倍地球质量之间，因此它可能是一颗尚未被发现的“第九行星”。

但是很快，天文学家发现了一个难以解释的问题：在这个远离太阳系中心的区域，太阳的引力应该不足以吸引足够多的物质，从而形成一颗质量数倍于地球的行星。那么，第九行星究竟是什么？它为什么会出现在外太阳系？

当常规的理论无法解释现象，一些科学家开始考虑一些看似疯狂的假说。例如，“第九行星”其实可能是一个原初黑洞；又或者，太阳系诞生之初，可能是一个双星系统——换句话说，这个系统中曾有“第二个太阳”。最近，两项研究就分别针对这两个假说，发表了学术论文。

第九行星是原初黑洞？

达勒姆大学的雅各布·舒尔茨（Jakub Scholtz）和伊利诺伊大学的詹姆斯·昂温（James Unwin）是原初黑洞理论的主要推动者。他们发表在《物理评论快报》上的论文指出，假如包含第九行星在内的数个假想天体存在，那么TNO的反常轨道和为期5年的光学引力透镜实验（OGLE）观测到的额外的微引力透镜现象都可以得到解释。而这些假想天体极有可能是数个原初黑洞。

“我们的灵感来自于詹姆斯和妻子劳拉参观芝加哥天文馆时观看的一部关于第九行星的纪录短片，”舒尔茨在接受采访时说，“詹姆斯一下子就被吸引了，他第二天就给我打电话，那之后我们开始想办法弄清海王星外是否还有类行星的天体。我们尝试了各种有趣的假设：玻色星，超致密的暗物质光环，原初黑洞，等等。”

就在他们着手研究第九行星的几个月后，另一支来自东京大学的研究团队重新分析了OGLE实验的数据。他们的初步推算认为，可能存在的原初黑洞的质量，与此前天文学家预测的第九行星极为接近。舒尔茨和昂温得知这个消息后，便开始具体考虑第九行星是原初黑洞的可能性。

“我们意识到，如果第九行星真的是原初黑洞的话，那么我们就可以通过环绕它的暗物质晕来观测它，而后者会释放X射线和伽马射线。这样我们就将所有碎片成功地拼在了一起，”舒尔茨解释道，“从某种意义上说，我们这次的研究其实是想告诉大家，黑洞围着太阳转这个想法其实并没有听起来那么荒唐，而我们应该对此投入更多关注。”

此前已经有不少科学家尝试用第九行星来解释TNO的反常轨道，其中就包括一支由加州理工学院的迈克尔·布朗（Michael Brown）和康斯坦丁·巴蒂金（Konstantin Batygin）领导的团队。而上文提到的东京大学团队，则率先使用OGLE观测到的微引力透镜现象来说明原初黑洞的存在。

最终，舒尔茨和昂温将两个假说整合在一起。他们指出，长期以来理论中的第九行星，正是东京大学团队发现的诸多原初黑洞中的一个。此前的一个理论认为，第九行星是通过所谓的“捕捉自由行星”（即自由行星受到太阳引力，绕太阳旋转，成为第九行星）的过程慢慢形成的，而这也可以变为捕捉黑洞。

“我认为，我们的研究得到了两个重要的结果，”舒尔茨说，“其一，我们成功地启发了其他科学家。他们本来对这种猜想持怀疑态度（科学家面对新事物就该如此），而在我们的影响下，他们提出了更多有趣的想法。例如，爱德华·威滕（Edward Witten）建议我们基于摄星计划，使用小型太空探测器来寻找第九行星；而亚伯拉罕·洛布（Abraham Loeb）等人则指出，这么一大群原初黑洞在它们的运行轨道上有可能碰到别的物体，这将产生闪烁。”

舒尔茨和昂温的论文为了解释第九行星（目前暂时继续管它叫行星）的本质引入了新的假设，这些假设还有待进一步的研究和验证。此外，两位研究人员已经开始密切关注太空中移动的伽马射线及X射线源。尽管此前已经积累了大量的可用数据，但这项工作一直以来都被人们忽视了。

“我们未来的研究将着重检查已有的数据，从中寻找太空中移动光源的证据（也可能什么都没有），”舒尔茨说，“我们目前使用的方法非常值得期待，只要我们一年之内能用费米广域空间望远镜检测到大约10个源光子，我们就能找到移动的光源。”

第二个太阳？

在一项发表于《天体物理学杂志通讯》的研究中，哈佛大学的天文学家亚伯拉罕·洛布与本科生阿米尔·希拉吉（Amir Siraj）提出了另一种解释：外太阳系中可能曾经有一颗太阳的伴星，并且在这一区域或许还隐藏了很多未被发现的矮行星。

这个理论听上去十分激进，但在一些天文学家看来其实并不意外。论文作者希拉吉表示：“绝大多数类日恒星在形成之初都是双星系统中的一员。”

恒星最初诞生于太空中由气体和尘埃组成的星团中，按照这个理论，太阳在星团阶段曾由一颗质量相近的伴星，随后，“一颗路过的恒星通过其引力作用，将‘第二个太阳’移走了。”洛布表示。太阳系曾经的第二颗恒星现在在哪呢？很遗憾，我们已经无法进行追踪了，它可能位于银河系的任何位置。

不过我们可以推测的是，如果这颗恒星的确曾经处于外太阳系的某个位置，那么第九行星的存在就能得到解释，并且这也意味着隐藏在外太阳系中的行星很可能不止一颗。

除了解释第九行星，支持“第二个太阳”理论的另一个依据在于奥尔特云。

奥尔特云理论上在太阳系中的位置（图片来源：NASA / JPL-Caltech）

奥尔特云是一个由理论预言的云团结构，它由冰质星子组成，包围着太阳系。科学家认为，其物质组成是形成太阳系的残余物质。同样，要解释奥尔特云为什么会出现在太阳引力相对薄弱的地方，双星系统是一个可行的理论。

“双星系统捕获周围物质的效率比单独的恒星更高，”洛布说，“如果奥尔特云的观测结果如此前的预期，这可能意味着太阳在离开诞生的星团之前，曾有一个质量相近的伴星。”

这一点十分重要，因为奥尔特云中的天体，例如彗星，可能为地球带来了水。“奥尔特云外层的天体在地球演化过程中可能扮演者重要角色，它们可能为地球带来了水，也可能直接导致恐龙的灭绝。”希拉吉说。

如何验证这个理论？线索可能就在薇拉·C·鲁宾天文台的大型综合巡天计划（LSST）中。薇拉·C·鲁宾天文台位于智利智利帕琼山的山顶，这里稀薄的空气为天文观测提供了良好的条件。LSST计划将于明年开始正式观测，并将在此后10年内为南天的每一片区拍摄深度多彩照片，每张照片覆盖的面积相当于月球表面积的40倍。如果有矮行星藏身于外太阳系，LSST将有能力观测到它们，甚至是第九行星自身。

因此研究人员相信，很快，LSST的观测结果将证实或证伪关于第九行星的假说。

参考链接：

https://phys.org/news/2020-08-planet-primordial-black-hole.html

https://www.forbes.com/sites/jamiecartereurope/2020/08/18/was-our-sun-a-twin-if-so-then-planet-9-could-be-one-of-many-hidden-planets-in-our-solar-system/#1a2733cf585a

本文来自微信公众号：环球科学（ID：huanqiukexue），编译：张和持、吴非