本文基于论文arXiv:1909.11090 [hep-ph]，作者是来自杜伦大学的 Jakub Scholtz 和伊利诺伊大学芝加哥分校的 James Unwin。本博客并非学术论文，可能有简略或不严谨之处。若想进一步了解，请访问https://arxiv.org/abs/1909.11090。

近年来与海王星外天体（TNOs）轨道异常相关的观测数量正在不断增加。通俗一点说，这些观测结果被视为我们太阳系中存在一颗新行星的证据。我们称其为第九大行星（好吧，冥王星可能要哭了），质量在5~15个地球质量之间。

此外，光学引力透镜实验也有一个惊人的发现。（引力透镜是指，天体的引力会像透镜一样短暂地放大背景恒星的光，从而暴露它的存在）。光学引力透镜实验报告了六个超短微引力透镜事件的过量出现，其穿越时间为 0.1 - 0.3 天。换句话说，这对应质量在0.5~20个地球质量之间的天体的引力透镜作用。这可以解释为流浪行星，或者原初黑洞。

这两个东西又是什么？

大多数人应该都看过流浪地球，或者至少听说过吧？流浪行星(FFPs)与之类似。

流浪行星是指不围绕任何恒星公转，而是在浩瀚的星际空间中独自漂流的行星。在我们的太阳系中，地球、火星等都围绕太阳转。但流浪行星没有主人，它们在黑暗、寒冷的宇宙真空中孤独前行。

 它们可能像恒星一样通过气体云塌缩形成，但因为质量太小（不足以引发核聚变），最终没能点燃成为恒星，只能作为一个褐矮星或气态巨行星独自存在。也可能是在某个恒星系中形成的（就像地球一样），但后来因为行星之间的引力弹射，或者原本的恒星死亡、或者路过的恒星引力扰动，导致它们被甩出了原来的星系，成为了流浪者。

事实上流浪行星是相当有趣的一类行星。虽然比起黑洞可能没那么有趣。说到流浪地球，那么现实中的流浪行星上有生命吗？有可能。

虽说因为没有恒星的光照，它们的表面通常处于极度低温和黑暗的状态。但如果质量够大，它们可能保留有厚重的大气层，甚至依靠核心残留的热量，在冰盖下维持液态水海洋。这意味着理论上可能存在极端形式的生命。

原初黑洞（PBHs）则更为有趣。原初黑洞是一种理论上预测存在的黑洞。与我们熟知的由恒星死亡塌缩形成的黑洞不同，原初黑洞是在宇宙大爆炸后的几分之一秒内形成的。

在宇宙诞生的极早期，物质分布极不均匀。在某些极度高密度的区域，物质直接在自身引力作用下塌缩成了黑洞。也就是说，它们不需要经过恒星演化、燃烧、爆炸的过程，而是天生的黑洞。

恒星演化成的黑洞通常质量很大（至少几倍于太阳质量），但原初黑洞的质量范围可能极其宽广。可能小至几个质子质量，大至星系中心超大质量黑洞的种子。当然，由于霍金辐射，非常小的原初黑洞可能早就蒸发殆尽了，但质量稍大的原初黑洞可能至今仍潜伏在宇宙中。

事实上，PBHs是暗物质的热门候选人之一。暗物质构成了宇宙大部分质量，但我们看不见它。如果宇宙中飘浮着大量微小的原初黑洞，它们既有质量又看不见，正好符合暗物质的特征。

回到开始的话题。我们观测到的两个异常现象所需的物体质量范围高度重合。如果OGLE观测到的是原初黑洞种群，那么太阳系捕获的那个“第九大行星”很可能就是其中之一。

为什么这么说？先要排除一些其他的可能性。

是本地形成的吗？ 不太可能。在距离太阳 300-1000 AU的地方，物质太稀薄，形成一颗地球质量行星的时间不够。

是被散射出去的吗？ 如果它是从天王星/海王星附近形成的，要被精确地散射到现在这个极其宽广且稳定的轨道，概率极低。

传统的观点认为它原本是一颗流浪行星（上文提及过），路过太阳系时被太阳引力捕获了。然而，J. Scholtz和J. Unwin认为，其也有可能是一颗原初黑洞。让我们证明一下：

既然“捕获”是前提，我们比较两种情况的捕获率：

  • 对流浪行星来说，在远离恒星形成区的普通星际空间，流浪行星的密度很低，大约是 0.2 个/立方秒差距。但它们继承了恒星盘的速度特征，速度较慢，速度弥散度约为 40 km/s。
  • 对原初黑洞来说，根据OGLE实验的观测数据，暗物质中有约5%是由这种地球质量的黑洞组成的。结合本地暗物质密度计算，黑洞的密度大约是 35 个/立方秒差距。但原初黑洞属于暗物质晕的一部分，速度非常快，速度弥散度约为 220 km/s。

密度的对比是显然的，黑洞的数量比流浪行星多得多（约多175倍）。但太阳要想捕获一个路过的物体，这个物体飞得越慢越容易成功。如果飞得太快，就会直接掠过太阳系。黑洞的速度同时也比流浪行星更高，因此两相抵消，经过复杂的计算可以知道，太阳系捕获一个地球质量的原初黑洞的概率，与捕获一颗流浪行星的概率是数量级相当的。

这意味着，如果我们认为“第九大行星是被捕获的流浪行星”是一个合理的假设，那么，从统计概率上讲，“第九大行星是一个被捕获的原初黑洞”就同样合理。

那如果这个猜测是真的，这个黑洞有多大？

计算是简单的。一个5倍地球质量的黑洞，其史瓦西半径（事件视界半径）大约只有 4.5 厘米。也就是说，这个扰动整个太阳系边缘的“庞然大物”，其实体大小可能只有一个网球那么大。（当然，算上它的暗物质晕，其引力影响范围很大）

听起来很像《Outer Wilds》里的碎空星不是吗？现实的宇宙比那里更为奇妙。

至于怎么搜索和观测，那就是天体物理学家们的工作了。