Svart hål

Astronomer jagar svart hål i solsystemet

År 2016 uppkom en teori om att solsystemet rymmer ett okänt objekt, den så kallade planet nio. Nu tror en del astronomer att den inte alls är en planet, utan ett svart hål – så nära oss att vi kanske en dag kan resa ut och besöka det.

År 2016 uppkom en teori om att solsystemet rymmer ett okänt objekt, den så kallade planet nio. Nu tror en del astronomer att den inte alls är en planet, utan ett svart hål – så nära oss att vi kanske en dag kan resa ut och besöka det.

Shutterstock & Lotte Fredslund/Nasa

Ett svagt ljussken dyker plötsligt upp på den mörka natthimlen. Skenet fångas upp av ett stort teleskop och analyseras av astronomer som får sig en överraskning. Det kommer nämligen från ett svart hål, stort som en grapefrukt, som förtär en komet i solsystemet yttre regioner.

Så kan scenariot se ut inom loppet av nästa årtionde, när jakten på en okänd planet i solsystemet intensifieras. Den hypotetiska planeten kan nämligen visa sig vara ett mycket litet svart hål.

Om så är fallet öppnas enastående möjligheter att studera ett svart hål på närmast möjliga avstånd – och kanske till och med en dag resa ut och besöka det.

Planet nio förklarar mystiska banor

Tanken på en nionde planet uppstod 2016. I en vetenskaplig artikel påpekade de två astronomerna Konstantin Batygin och Mike Brown från California Institute of Technology i USA, att det är något mystiskt med ett antal små himlakroppar mycket långt ute i solsystemet – eller mer exakt: något mystiskt med deras omloppsbanor runt solen.

Neptunus

Enligt teorin om planet nio kretsar den runt solen på ett avstånd som är minst tio gånger större än för den mest avlägsna kända planeten, Neptunus. Sedd från planet nio skulle solen bara vara en lite ljusprick.

© R. Hurt/IPAC/Caltech

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.

Rotationsbanor

De små kuiperbältobjekten (blå) kommer aldrig närmare solen än den yttersta kända planeten, Neptunus (vit, cirkelrund bana).

© M. Weiss/Caltech

Okänt objekt skapar balans i solsystemet

Långt ute i solsystemet kretsar ett antal så kallade kuiperbältobjekt. Den bästa förklaringen till deras omloppsbanor är att det finns ett okänt objekt, som påverkar dem med sin gravitation.

Kuiperbältobjekten

har avlånga banor (blå), som alla pekar i ungefär samma riktning bort från solen.

Ett okänt, tungt objekt

med en bana som vänder i motsatt riktning (röd) kan vara orsaken till likriktningen av de små objektens banor.

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.

Sannolikhetskarta

Astronomerna har ritat en grov karta över var på himlen de ska söka efter planet nio. Sannolikheten är störst i ett vågigt band över himlavalvet och allra störst i det röda området.

© Michael Brown & Konstantin Batygin/Lotte Fredslund

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.

Vera C. Rubin observatorium

Vera C. Rubin-observatoriet ska stå färdigbyggt 2022 och fullt operationsdugligt 2023.

© Rubin Observatory/NSF/AURA

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.

Om planet nio är ett svart hål är det stort som en grapefrukt.

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.

Ett svart hål på bara elva centimeter är svårt att upptäcka, men det finns en liten chans. Om en komet kommer för nära kommer gravitationen från det svarta hålet att slita den i bitar – och i sin dödskamp kommer den att sända ut ett ljussken.

Komet
© Shutterstock

Det svarta hålet får sällskap av en komet

I solsystemets allra yttersta regioner kretsar miljardtals små isklot runt i det så kallade Oortmolnet. De objekt som lämnar molnet och kommer närmare solen kallas kometer. En del av dem kan hamna i en omloppsbana som passerar nära det svarta hålet.

Komet
© M. Weiss/Caltech/Shutterstock

Kometen slits sönder och lyser upp

Om en komet kommer för nära slits den sönder av gravitationen från det svarta hålet. Kometens materia virvlar in mot hålet för att till sist slukas. På vägen värms materian upp så mycket att det kortvarigt lyser.

Rymdstation
© Todd Mason, Mason Productions Inc./LSST Corp.

Nytt teleskop kan få syn på ljusskenet

När Simonyi Survey Telescope står färdigt i Chile får astronomerna möjlighet att se ljusskenet från det svarta hål som äter en komet. Astronomer från Harvard University i USA har räknat ut att det kan ske ett par gånger om året.

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.