Wetenschappers komen met een alternatieve verklaring voor de vreemde banen van Kuipergordelobjecten die eerder leken te suggereren dat ons zonnestelsel negen planeten telt.

Lang wisten we niet beter dan dat ons zonnestelsel negen planeten telde. Maar toen raakten we er eentje kwijt; wetenschappers degradeerden publiekslieveling Pluto tot dwergplaneet. En dus hadden we er weer acht. Tot onderzoeker Mike Brown – notabene één van de wetenschappers die er vurig voor gepleit had om Pluto tot dwergplaneet te benoemen – in 2016 aankondigde dat ons zonnestelsel waarschijnlijk tóch negen planeten telde. Geholpen door collega Konstantin Batygin had Brown aanwijzingen gevonden dat zich aan de rand van ons zonnestelsel een behoorlijk grote planeet ophield die zich al die tijd voor ons verborgen heeft weten te houden. Het bestaan van deze planeet leidden Brown en Batygin af uit de bijzondere banen van een aantal Kuipergordelobjecten. Deze banen wijzen er volgens de wetenschappers sterk op dat hun koers bepaald wordt door een ons onbekend zwaar object: een planeet die tussen de 5 en 10 keer zwaarder is dan de aarde.

Primordiaal zwart gat
Na deze aankondiging werd de zoektocht naar deze negende planeet – ook wel Planeet X genoemd – direct gestart. Maar vooralsnog is deze zoektocht vruchteloos. En misschien is dat wel te verklaren doordat het hypothetische zware object dat van invloed is op de koers van Kuipergordelobjecten helemaal geen planeet, maar een primordiaal zwart gat is, zo opperen wetenschappers in een onlangs verschenen paper.


De OGLE-anomalie
We vroegen auteur Jakub Scholtz hoe deze opmerkelijke hypothese het levenslicht zag. “We denken dat het altijd goed is om naar alternatieve verklaringen te kijken,” zo vertelt hij aan Scientias.nl. “En in dit geval blijkt dat er overeenkomsten zijn tussen de massa van de hypothetische planeet X en die van de veroorzaker van OGLE-anomalieën (zie kader, red.): beiden hebben een massa tussen de 5 en 20 aardmassa’s.” Kortom: het effect dat de hypothetische planeet X op Kuipergordelobjecten heeft, zou net zo goed te verklaren zijn door hetgeen de OGLE-anomalieën veroorzaakt. En één van de mogelijke verklaringen voor een OGLE-anomalie is een primordiaal zwart gat.

Wat is een OGLE-anomalie?
Scholtz verwijst hier naar het Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE). Hierbij wordt de ruimte afgespeurd op zoek naar micro-zwaartekrachtlenzen: objecten die het licht van op grotere afstand gelegen sterren met hun eigen zwaartekracht afbuigen en sterker maken. Het experiment heeft al geleid tot de ontdekking van meerdere exoplaneten die hun bestaan prijsgaven doordat zij samen met hun moedersterren het licht van een afgelegen ster manipuleerden. Maar OGLE is ook op enkele onverklaarbare anomalieën gestuit, zo schrijven Scholtz en zijn collega James Unwin in hun paper. Het gaat om micro-zwaartekrachtlenzen die kortdurend het licht van afgelegen sterren manipuleerden en naar schatting een massa tussen de 0,5 en 20 aardmassa’s hadden. Deze door OGLE opgepikte signalen zijn niet te verklaren door een moederster en planeet. Maar wat zijn het dan? Er zijn twee opties: het zijn eenzame planeten – weggeslingerd uit hun zonnestelsel – die voorbij sterren schieten en en passant met hun zwaartekrachtsveld het licht van die sterren afbuigen en versterken. Of het zijn primordiale zwarte gaten, die opmerkelijk genoeg een massa hebben die vergelijkbaar is met die van (flinke) planeten. “Als de OGLE-anomalieën toe te schrijven zijn aan een populatie primordiale zwarte gaten dan is het mogelijk dat de afwijkingen in de baan van Kuipergordelobjecten ook te wijten zijn aan zo’n primordiaal zwart gat dat door het zonnestelsel is ingevangen,” aldus Scholtz en Unwin.

“Primordiale zwarte gaten zijn simpel gezegd restanten uit het jonge universum,” legt Scholtz aan Scientias.nl uit. “Ze zijn ontstaan uit dicht opeengepakte materie die volgens sommige theorieën in het jonge universum voorhanden was en daardoor veel lichter dan zwarte gaten die het resultaat zijn van de ineenstorting van een ster.” Hoewel de massa van een primordiaal zwart gat in theorie uiteen kan lopen van enkele grammen tot honderden zonsmassa’s gaan Scholtz en Unwin in hun paper natuurlijk uit van een primordiaal zwart gat dat net zo zwaar is als de hypothetische planeet X. Met zo’n massa zou het zwarte gat een omvang van slechts 5 tot 10 centimeter hebben. Dat een dergelijke zwart gat zich aan de rand van ons zonnestelsel zou ophouden, is – opnieuw in theorie – niet ondenkbaar. “Primordiale zwarte gaten zouden zich gedragen als (een onderdeel van) donkere materie en zodoende voortdurend door sterrenstelsels zoeven. Wij stellen voor dat het mogelijk is dat één van deze zwarte gaten daarbij traag genoeg bewoog om door het zonnestelsel te worden ingevangen.”

Lastig te onderscheiden
Grote vraag is nu natuurlijk wat er aan de rand van ons zonnestelsel te vinden is: een planeet of een zwart gat met een vergelijkbare massa? Helaas is het lastig om die twee van elkaar te onderscheiden. “Zolang het primordiale zwarte gat dezelfde massa heeft als planeet X zou het ook hetzelfde (of bijna hetzelfde) effect hebben op de omringende objecten,” legt Scholtz uit. “Tenzij iets het zwarte gat zou raken.” In dat scenario zou het zwarte gat zich vanzelfsprekend anders gedragen dan een planeet. “Maar helaas is het doordat het zwarte gat zo klein is, extreem onwaarschijnlijk dat zoiets gebeurt. En dat maakt het dus ook heel lastig om het zwarte gat direct waar te nemen.”

Op zoek naar het primordiale zwarte gat
Betekent het dat als planeet X in werkelijkheid een primordiaal zwart gat is, we daar nooit bewijs voor kunnen gaan vinden en het mysterie van de afwijkende banen van Kuipergordelobjecten onopgelost blijft? Zo somber ziet Scholtz het nu ook weer niet in. “Aangezien primordiale zwarte gaten niet 100% van de donkere materie kunnen vormen, moet er naast deze zwarte gaten ook nog donkere materie bestaan en dat zou halo’s – in feite klonters – rond het zwarte gat vormen. Wanneer een donker materie-deeltje een donker materie-antideeltje ontmoet, kunnen zij – maar dat hoeft niet – vervallen tot bekende deeltjes zoals fotonen of elektronen. Deze zouden zeer energetisch zijn en met ruimtetelescopen zoals FERMI-LAT waarneembaar zijn.” Het is dan ook dankzij deze ruimtetelescoop dat Scholtz en collega’s de jacht op het mogelijke primordiale zwarte gat aan de rand van ons zonnestelsel kunnen openen. “We gaan naar het primordiale zwarte gat zoeken door in de publiekelijk beschikbare FERMI-LAT-data te duiken en te zien of we er bewijs voor kunnen vinden,” vertelt Scholtz aan Scientias.nl, waarna hij haastig toevoegt dat ook de zoektocht naar Planeet X gewoon door moet gaan. Want hoe mooi de theorie van het primordiale zwarte gat ook is: net als planeet X blijft het een hypothetisch verschijnsel, waarvoor geen experimenteel bewijs is. “Je kunt stellen dat de recente resultaten van OGLE voorzichtig bewijs leveren voor het bestaan van zulke objecten, maar we moeten nog maar afwachten of dat zo blijft.”

Ook met de nieuwe theorie lijkt een oplossing voor het mysterie van de Kuipergordelobjecten met hun vreemde, schijnbaar door een zwaar object gestuurde, banen nog niet direct voorhanden. “Dit soort dingen vereisen geduld,” stelt Scholtz.