Poderia o planeta 9 ser um buraco negro primordial?

Uma ilustração artística de como o Planeta 9 poderia ser, se existisse. Crédito: R. Hurt (IPAC) / Caltech.

Por vários anos, astrônomos e cosmoló teorizaram sobre a existência de um planeta adicional com uma massa 10 vezes maior que a da Terra, situado nas regiões ultraperiféricas do sistema solar. Este planeta hipotético, apelidado de Planeta 9, poderia ser a fonte de efeitos gravitacionais que explicariam os padrões incomuns nas órbitas de objetos transnetunianos (TNOs, da sigla em inglês) destacados por dados cosmológicos existentes. Os TNOs são corpos celestes que orbitam o sol e estão localizados além de Netuno.

Com base em estudos realizados ao longo dos últimos anos, Jakub Scholtz e James Unwin, dois pesquisadores da Durham University e da University of Illinois at Chicago, realizaram recentemente uma investigação explorando a possibilidade de que o Planeta 9 seja um buraco negro primordial. Seu artigo, publicado na Physical Review Letters, levanta a hipótese de que as órbitas anômalas de TNOs e um excesso de eventos de microlente observados no conjunto de dados Optical Gravitational Lensing Experiment (Experimento Óptico de Lente Gravitacional - OGLE) podem ser explicados simultaneamente pela existência de uma população específica de corpos astrofísicos (um dos quais seria o Planeta 9).  Mais especificamente, introduz a ideia de que o Planeta 9 e o restante desses corpos podem ser buracos negros primordiais (BNP).

"Nosso trabalho começou quando James e sua esposa Laura foram ao planetário de Chicago e viram um pequeno documentário sobre o Planeta 9", disse Jakub Scholtz, um dos pesquisadores que realizou o estudo, ao Phys.org. "Deve ter chamado a atenção de James, porque ele me ligou no dia seguinte e começamos a descobrir se havia algum outro objeto que poderia estar lá fora, imitando um planeta. Criamos uma série de cenários divertidos: estrelas de Bose, halos ultra compactos de estrelas massivas, buracos negros primordiais - e várias outras possibilidades. "

Poucos meses depois de começarem a explorar hipóteses sobre a natureza do Planeta 9, outra equipe de pesquisa da Universidade de Tóquio reanalisou os dados coletados como parte do experimento OGLE. OGLE é um projeto de pesquisa realizado na Universidade de Varsóvia que envolveu a captura de imagens do céu por meio de telescópios avançados durante longos períodos de tempo.

A reanálise do conjunto de dados OGLE apontou provisoriamente para a existência de uma população de BNPs com uma massa semelhante à que os astrônomos previram que a massa do Planeta 9 seria. Quando Scholtz e Unwin souberam dessas descobertas provisórias, eles começaram a considerar especificamente a possibilidade de que o Planeta 9 possa, de fato, ser um buraco negro primordial.

Ilustração em escala exata (1: 1) de um BNP de 5M⊕ (5 massas terrestres). Observe que um BNP de 10M⊕ (10 massas terrestres) tem aproximadamente o tamanho de uma bola de boliche de dez pinos. Crédito: Scholtz & Unwin.

"As peças finais realmente se juntaram quando percebemos que os halos de matéria escura que circundam os buracos negros primordiais seriam uma forma de observar o planeta 9 se fosse um buraco negro, por causa do sinal de raios-X/raios-gama que ele emite, "Scholtz disse. "Em certo sentido, o objetivo do nosso estudo era realmente transmitir a mensagem de que a ideia de buracos negros primordiais orbitando o sol não é tão absurda quanto pode parecer, e que talvez devêssemos prestar mais atenção."

A hipótese de que as órbitas incomuns de  TNOs observadas em dados cosmológicos anteriores poderiam ser explicadas pela existência de um planeta adicional (Planeta 9), já foi explorada por vários pesquisadores, incluindo uma equipe do Instituto de Tecnologia da Califórnia liderada por Michael Brown e Konstantin Batygin. A equipe da Universidade de Tóquio que reanalisou o conjunto de dados OGLE, por outro lado, foi a primeira a introduzir a ideia de que o excesso de eventos de microlentes observados nos dados do OGLE poderiam ser evidências da existência de uma população de BNPs. 

Essencialmente, o estudo de Scholtz e Unwin conecta essas duas hipóteses, sugerindo que o planeta extra há muito teorizado poderia ser, na verdade, um buraco negro pertencente à população de BNPs proposta por Nikura e seus colegas da Universidade de Tóquio. Além disso, os pesquisadores mostraram que um dos cenários previamente teorizados para a origem do Planeta 9, conhecido como a "captura de um planeta flutuante", é tão provável quando considerado como um cenário envolvendo a captura de um BNP do população destacada pela equipe no Japão.

"Acho que nosso estudo tem dois resultados importantes e importantes", disse Scholtz. "Em primeiro lugar, conseguimos inspirar outros cientistas, que inicialmente estavam céticos (como deveriam ser) sobre este cenário, e algumas ideias muito divertidas surgiram dele. Por exemplo, Edward Witten sugeriu que investigássemos a existência do Planeta 9 por meio pequenas sondas espaciais baseadas no programa Starshot, e Loeb et al. apontaram que uma população de buracos negros primordiais causaria flashes ocasionais quando encontrassem material em sua órbita. "

O recente artigo de Scholtz e Unwin introduz uma hipótese nova e fascinante sobre a natureza do que até agora foi referido como Planeta 9. Essa hipótese poderia ser explorada mais adiante ou testada em novos estudos de pesquisa. Além disso, os dois pesquisadores começaram a observar de perto as fontes móveis de raios-gama e raios X no céu, um assunto que até agora foi amplamente ignorado, apesar da vasta quantidade de dados disponíveis que permitiriam aos pesquisadores estudá-los.

"Nossa pesquisa futura se concentrará principalmente na exploração de vários conjuntos de dados existentes e na procura de evidências (ou falta delas) de fontes móveis no céu", disse Scholtz. "Nós identificamos um método muito promissor que pode nos ajudar a ver uma fonte móvel, desde que detectemos apenas cerca de 10 fótons fonte por ano com o telescópio FERMI de grande área (na faixa de GeV)."

Referências:

What if planet 9 is a primordial black hole? Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.051103.

Evidence for a distant giant planet in the solar system. The Astronomical Journal (2020). DOI: 10.3847/0004-6256/151/2/22.

The planet nine hypothesis. Physics Reports (2020). DOI: 10.1016/j.physrep.2019.01.009.

Constraints on Earth-mass primordial black holes from OGLE 5-year microlensing events. Physical Review D (2020). DOI: 10.1103/PhysRevD.99.083503.

Traduzido e adaptado de Phys