Astronomer jagar svart hål i solsystemet

Dessa så kallade avlägsna kuiperbältobjekt, som vanligtvis mäter ett par hundra kilometer i diameter, rör sig runt i elliptiska omloppsbanor som aldrig för dem närmare solen än de mest avlägsna planeten, Neptunus.

Forskarna hade väntat sig att deras banor sträckte sig ut i alla möjliga olika riktningar i förhållande till solen – men i stället ser det ut som om de små objekten har fallit in i samma gång, så att deras banor alla tar ungefär samma väg.

En så koordinerad kosmisk dans kräver en stabil partner och Batygin och Brown är övertygade om att det är påverkan från en relativt stor planet som har likriktat objektens banor – en hittills oupptäckt nionde planet i solsystemet.

Under loppet av miljontals år skulle gravitationen från en planet långt större än jorden påverka de mindre objekten, så att deras banor kommer att ligga mer i linje med varandra än de gjorde från början.

Vikten motsvarar sex jordklot

Under de senaste fem åren har Batygin och Brown arbetat med att förfina sina beräkningar och ta in nyupptäckta objekt i analyserna.

I augusti 2021 räknade de båda astronomerna sig fram till att planet nio måste väga cirka sex gånger så mycket som jorden och därmed vara den femte största planeten i solsystemet – större än de fyra stenplaneterna tillsammans, men något mindre än isjätten Uranus.

Astronomerna har också räknat ut att planet nio befinner sig extremt långt bort. Sannolikt är den alltid mer än 300 gånger längre bort från solen än jorden är, vilket motsvarar ett avstånd på 45 miljarder kilometer eller mer.

Även en så avlägsen planet borde gå att se, men trots ihärdiga försök har astronomerna ännu inte lyckats fånga det stora bytet i form av planet nio.

Gåtan har tre möjliga lösningar

Det kan det finnas tre förklaringar till. Den första möjligheten är att planet nio inte finns. Kanske har kuiperbältobjekten hamnat i banor som liknar varandra av en slump.

Den sannolikheten är dock bara 0,4 procent enligt Batygins och Browns beräkningar, medan andra astronomer påpekar att det mycket väl kan finnas massor av oupptäckta småklot som kan förändra bilden.

Med en mer komplett överblick över objekten längst ut i solsystemet försvinner mönstret i banorna kanske som imma framför solen, och då behövs det inte alls någon avlägsen planet.

Den andra möjligheten är att planet nio fortfarande döljer sig där ute någonstans, dit inga stora teleskop har riktats ännu.

I den kommande jakten på planet nio sätter astronomerna främst sin tillit till ett splitter nytt teleskop, som snart står färdigt på toppen av berget Cerro Pachón i Chile: Simonyi Survey Telescope – placerat i Vera C. Rubin-observatoriet.

Teleskopets spegel har en diameter på 8,4 meter och det är utrustat med världens största digitalkamera, som tar bilder med en upplösning på 3,2 gigapixlar.

Rubin-observatoriet är som gjort för att lokalisera kuiperbältobjekt och hittills oupptäckta planeter när det automatiskt skannar rymden om och om igen under kommande tio år.

Men kanske får det syn på något helt annat. En tredje möjlighet är nämligen att planet nio i själva verket är ett svart hål.

Tanken, som introducerades 2020 av den brittiske fysikern Jakub Scholtz och hans amerikanske kollega James Unwin, kan förklara varför objektet ännu inte har hittats. Svarta hål är svåra att få syn på, eftersom deras gravitation är så stark att ingenting – inte ens ljus – kan slippa undan från dem.

Ett svart hål är en otroligt kompakt himlakropp, i vilken stoft är extremt hårt sammanpressat. Om det finns ett svart hål med en massa som sex jordklot är det därför inte särskilt stort. Det mäter cirka elva centimeter i diameter, det vill säga ungefär som liten grapefrukt.

Små svarta hål är urgamla

Problemet med teorin är att svarta hål kanske inte ens existerar i så liten storlek.

I dag känner astronomerna bara till två sorters svarta hål i universum. Det finns flest av den typ som bildas när en mycket stor stjärna brinner ut och kollapsar. De har en massa som sträcker sig från cirka tre till 65 gånger solens massa.

Och så finns det de supertunga svarta hålen som gömmer sig i centrum av galaxer och har samma massa som miljontals eller kanske miljardtals stjärnor.

Små svarta hål med massor som planeter eller mindre kan inte bildas i dagens universum, så om de finns måste de ha skapats under den första sekunden av universums historia, då det var ganska litet och mycket tätt.

Ingen vet om dessa så kallade ursprungliga svarta hål finns, men om planet nio i själva verket är ett svart hål så måste det vara av den typen.

Det svarta hålet kan sluka kometer

Ett litet svart hål, som inte sänder ut någon sorts strålning, är extremt svårt att hitta, men det är inte helt omöjligt. Om en komet kommer för nära det svarta hålet kommer den att slitas i bitar av den våldsamma gravitationen och på väg ned i hålet kommer materian från den kortvarigt att värmas upp så mycket att den sänder ut synligt ljus.

Det plötsliga uppflammandet borde kunna observeras från jorden och även i det fallet har astronomerna störst förväntningar på Rubin-observatoriets skarpa blick.

Upptäckten av ett litet, ursprungligt hål skulle i sig själv vara en sensation, inte minst eftersom en del forskare anser att så kallad mörk materia – mystiskt, osynligt stoft som utgör 85 procent av allt stoft i universum – kan bestå av sådana svarta hål.

Samtidigt kan ett svart hål så nära oss öppna upp kolossala perspektiv. När astronomerna lär känna det svarta hålets bana kan de börja drömma om att skicka dit en rymdfarkost. Färden dit kommer att ta årtionden, men möjligheten att placera sonden i omlopp runt det svarta hålet kommer att löna sig många gånger om.

Om det sker kommer det svarta hålet i solsystemet att bli ett ovärderligt laboratorium för astrofysiker. Där kan de bland annat studera om Einsteins allmänna relativitetsteori – vår bästa teori för gravitationen – håller under de mest extrema förhållanden eller om det krävs en ny och bättre teori.

Men först och främst ska astronomerna ta reda på om det svarta hålet överhuvudtaget existerar.