Astronomer siger, at en planet i Neptun-størrelse lurer ud over Pluto

Solsystemet synes at have en ny niende planet. I dag annoncerede to forskere beviser for, at en krop næsten på størrelse med Neptun – men endnu ikke set – kredser om solen hvert 15..000 år. I solsystemets barndom for 4,5 milliarder år siden, siger de, blev den kæmpe planet slået ud af det planetdannende område nær solen. Sænket af gas, bosatte planeten sig i en fjern elliptisk bane, hvor den stadig lurer i dag.

Påstanden er den stærkeste endnu i den århundreder lange søgning efter en “Planet X” ud over Neptun. er blevet plaget af fjernhentede påstande og endda direkte kvakksalveri. Men de nye beviser kommer fra et par respekterede planetforskere, Konstantin Batygin og Mike Brown fra California Institute of Technology (Caltech) i Pasadena, der forberedte sig på den uundgåelige skepsis med detaljerede analyser af banerne for andre fjerne objekter og måneders computersimuleringer. “Hvis du siger:” Vi har beviser for Planet X, “vil næsten enhver astronom sige,” Dette igen? Disse fyre er helt klart vanvittige. ”Det ville jeg også,” siger Brown. “Hvorfor er dette anderledes? Dette er anderledes, fordi denne gang har vi ret.”

Udenfor siger forskere, at deres beregninger stabler og udtrykker en blanding af forsigtighed og spænding omkring resultatet.” Jeg kunne ikke forestille mig en større aftale, hvis – og selvfølgelig er det en fed ansigt ‘hvis’ – hvis det viser sig at være rigtigt, ”siger Gregory Laughlin, en planetforsker ved University of California (UC), Santa Cruz. “Det, der er spændende ved det, er detekterbart.”

Batygin og Brown udledte dets tilstedeværelse fra den ejendommelige klyngedannelse af seks tidligere kendte objekter, der kredser ud over Neptun. De siger, at der kun er en 0,007% chance, eller omkring en i 15.000, at klyngen kunne være en tilfældighed. I stedet siger de, at en planet med massen på 10 jordarter har hyrdet de seks objekter i deres underlige elliptiske baner, vippet ud af solsystemets plan.

Den afledte planets bane er ligeledes vippet såvel som strakt til afstande, der vil eksplodere tidligere forestillinger om solsystemet.Dens nærmeste tilgang til solen er syv gange længere end Neptun eller 200 astronomiske enheder (AU’er). (En AU er afstanden mellem Jorden og solen, omkring 150 millioner kilometer.) Og Planet X kunne bevæge sig så langt som 600 til 1200 AU, langt ud over Kuiper-bæltet, regionen med små iskolde verdener, der begynder ved Neptuns kant omkring 30 AU.

Hvis Planet X er derude, er Brown og Batygin s ay, astronomer burde finde flere objekter i fortællende baner, formet af træk fra den skjulte kæmpe. Men Brown ved, at ingen virkelig vil tro på opdagelsen, før selve Planet X vises i en teleskopsøger. ”Indtil der er en direkte detektion, er det en hypotese – endda en potentielt meget god hypotese,” siger han. Holdet har tid på det ene store teleskop på Hawaii, der er egnet til søgningen, og de håber, at andre astronomer vil deltage i jagten. .

At dræbe Pluto var sjovt, men dette er hoved og skuldre over alt andet.

Batygin og Brown offentliggjorde i dag resultatet i The Astronomical Journal. Alessandro Morbidelli, en planetarisk dynamiker ved Nice Observatory i Frankrig, udførte peer review for avisen. I en erklæring siger han, at Batygin og Brown lavede en “meget solidt argument ”og at han” er ganske overbevist om eksistensen af en fjern planet. ”

At være en ny niende planet er en ironisk rolle for Brown; han er bedre kendt som en planetsdræber. Hans opdagelse i 2005 af Eris, en fjern iskold verden næsten samme størrelse som Pluto, afslørede, at det, der blev set som den yderste planet, kun var en af mange verdener i K uiper bælte. Astronomer omklassificerede straks Pluto som en dværgplanet – en saga Brown fortalt i sin bog How I Killed Pluto.

Nu har han tilsluttet sig den århundreder gamle søgen efter nye planeter. Hans metode – at udlede eksistensen af Planet X fra dens spøgelsesagtige tyngdevirkninger – har en respektabel track record. I 1846 forudsagde den franske matematiker Urbain Le Verrier for eksempel eksistensen af en kæmpe planet fra uregelmæssigheder i Uranus-banen. Astronomer ved Berlins observatorium fandt den nye planet, Neptun, hvor den skulle være, hvilket udløste en mediesensation.

Resterende hikke i Uranus ‘bane førte forskere til at tænke, at der muligvis stadig var en planet mere, og i 1906 begyndte Percival Lowell, en velhavende tycoon, at søge efter det, han kaldte “Planet X” på sit nye observatorium i Flagstaff, Arizona. I 1930 dukkede Pluto op – men det var alt for lille til at trække meningsfuldt til Uranus.Mere end et halvt århundrede senere afslørede nye beregninger baseret på målinger fra Voyager-rumfartøjet, at Uranus og Neptuns baner var helt fine alene: Ingen Planet X var nødvendig.

Alligevel Planet X’s lokke vedvarende. I 1980’erne foreslog forskere for eksempel, at en uset brun dværgstjerne kunne forårsage periodiske udryddelser på Jorden ved at udløse fusillader af kometer. I 1990’erne påkaldte forskere en Jupiter-størrelse planet ved solsystemets kant for at forklare oprindelsen til visse oddball-kometer. Bare i sidste måned hævdede forskere, at de havde opdaget den svage mikrobølglød fra en overdreven stenet planet omkring 300 AU væk ved hjælp af en række teleskopskåle i Chile kaldet Atacama Large Millimeter Array (ALMA). (Brown var en af mange skeptikere og bemærkede, at ALMAs smalle synsfelt gjorde chancerne for at finde et sådant objekt forsvindende slank.)

Brown fik sin første anelse om sit nuværende stenbrud i 2003, da han ledede en hold, der fandt Sedna, et objekt lidt mindre end både Eris og Pluto. Sednas underlige, fjerne bane gjorde det til det fjerneste kendte objekt i solsystemet på det tidspunkt. Dens perihelium, eller nærmeste punkt til solen, lå ved 76 AU uden for Kuiper-bæltet og langt uden for indflydelsen af Neptuns tyngdekraft. Implikationen var klar: Noget massivt, langt ud over Neptun, skal have trukket Sedna ind i sin fjerne bane.

At noget ikke behøvede at være en planet. Sednas tyngdekraft kunne være kommet fra en forbipasserende stjerne eller fra et af de mange andre stjerneskoleanlæg, der omgav den gryende sol på tidspunktet for solsystemets dannelse.

Siden da har en håndfuld andre iskolde genstande har dukket op i lignende baner. Ved at kombinere Sedna med fem andre underlige, siger Brown, at han har udelukket stjerner som den usynlige indflydelse: Kun en planet kunne forklare sådanne mærkelige baner. Af hans tre store opdagelser – Eris, Sedna og nu potentielt Planet X – siger Brown, at det sidste er det mest sensationelle. “At dræbe Pluto var sjovt. At finde Sedna var videnskabeligt interessant,” siger han. “Men denne, dette er hoved og skuldre over alt andet.”

Brown og Batygin blev næsten slået til slag. I årevis var Sedna en ensom anelse om en forstyrrelse ud over Neptun. I 2014 offentliggjorde Scott Sheppard og Chad Trujillo (en tidligere kandidatstuderende fra Brown’s) et papir, der beskriver opdagelsen af VP113, et andet objekt, der aldrig kommer tæt på solen. Sheppard, fra Carnegie Institution for Science i Washington, D.C., og Trujillo, fra Gemini Observatory på Hawaii, var godt klar over konsekvenserne. De begyndte at undersøge banerne på de to objekter sammen med 10 andre oddballs. De bemærkede, at ved perihelion kom alle meget tæt på solsystemets plan, hvor jorden kredser, kaldet ekliptikken. I et papir påpegede Sheppard og Trujillo den ejendommelige klumpning og rejste muligheden for, at en fjern stor planet havde hyrdet genstandene nær ekliptikken. Men de pressede ikke længere på resultatet.

Senere samme år begyndte Batygin og Brown i Caltech at diskutere resultaterne. Planlægning af banerne for de fjerne objekter, siger Batygin, at de indså, at det mønster, som Sheppard og Trujillo havde bemærket, “kun var halvdelen af historien.” Ikke kun var objekterne nær ekliptikken ved perihelia, men deres perihelia var fysisk klynget i rummet (se diagrammet ovenfor).

I det næste år diskuterede duoen hemmeligt mønsteret og hvad det betød. var et let forhold, og deres færdigheder supplerede hinanden. Batygin, en 29-årig whiz-computercomputer, gik på college på UC Santa Cruz for at få stranden og chancen for at spille i et rockband. Men han satte sit præg på der ved at modellere solsystemets skæbne i milliarder af år og vise, at det i sjældne tilfælde var ustabilt: Kviksølv kan springe ned i solen eller kollidere med Venus. ”Det var en fantastisk bedrift for en studerende,” siger Laughlin, der arbejdede med ham på det tidspunkt.

Brown, 50, er observationsastronom med flair for dramatiske opdagelser og tillid til at matche. Han bærer shorts og sandaler på arbejde, lægger fødderne op på skrivebordet og har en luftighed, der maskerer intensitet og ambition. Han har et program, der er klar til at sigtes efter Planet X i data fra et stort teleskop, i det øjeblik de bliver offentligt tilgængelige senere på året.

Deres kontorer ligger et par døre ned fra hinanden. “Min sofa er pænere, så vi har en tendens til at tale mere på mit kontor,” siger Batygin. “Vi har tendens til at se mere på data i Mike’s.” De blev endda træningsvenner og diskuterede deres ideer, mens de ventede på at komme i vandet i en triatlon i Los Angeles, Californien i foråret 2015.

For det første vindede de de dusin genstande undersøgt af Sheppard og Trujillo til de seks fjerneste – opdaget af seks forskellige undersøgelser på seks forskellige teleskoper. Det gjorde det mindre sandsynligt, at sammenklumpning kunne skyldes en observationsforstyrrelse som at rette et teleskop mod en bestemt del af himlen.

Batygin begyndte at så sine solsystemmodeller med Planet X’er i forskellige størrelser og baner , for at se hvilken version der bedst forklarede objekternes stier. Nogle af computerkørslerne tog måneder. En foretrukken størrelse for Planet X opstod – mellem fem og 15 jordmasser – såvel som en foretrukken bane: ikke-indrettet i rummet fra de seks små objekter, så dens perihelion er i samme retning som de seks objekters aphelion eller det fjerneste punkt fra solen. Kredsløbene til de seks krydser planet X, men ikke når den store bølle er i nærheden og kan forstyrre dem. Den sidste åbenbaring kom for 2 måneder siden, da Batygins simuleringer viste, at Planet X også skulle forme kredsløbene om objekter, der svæver ind i solsystemet ovenfra og nedenfra, næsten retvinklet i forhold til ekliptikken. “Det udløste denne hukommelse,” siger Brown. “Jeg havde set disse objekter før.” Det viser sig, at der siden 2002 er blevet opdaget fem af disse Kuiper-bæltegenstande, og deres oprindelse er stort set uforklarlig. ”Ikke kun er de der, men de er nøjagtigt de steder, vi forudsagde,” siger Brown. ”Det var da jeg indså, at dette ikke bare er en interessant og god idé – det er faktisk rigtigt.”

Sheppard, der med Trujillo også havde mistanke om en uset planet, siger Batygin og Brown “tog vores resultat til det næste niveau … De kom dybt ind i dynamikken, noget som Tchad og jeg ikke er rigtig gode med. Derfor tror jeg dette er spændende. “

Andre, som planetforsker Dave Jewitt, der opdagede Kuiper-bæltet, er mere forsigtige. 0,007% chancen for, at klyngen af de seks objekter er tilfældig, giver planeten krav på en statistisk signifikans. på 3,8 sigma – ud over 3-sigma-tærsklen, der typisk skal tages alvorligt, men kort til 5 sigma, der undertiden bruges i felter som partikelfysik. Det bekymrer Jewitt, som har set masser af 3-sigma-resultater forsvinde før. reducere dusin objekter undersøgt af Sheppard og Trujillo til seks for deres analyse s, Batygin og Brown svækkede deres krav, siger han. ”Jeg er bange for, at opdagelsen af et enkelt nyt objekt, der ikke er i gruppen, vil ødelægge hele bygningen,” siger Jewitt, der er i UC Los Angeles. “Det er et spil med pinde med kun seks pinde.”

Ved første rødme kommer et andet potentielt problem fra NASAs Widefield Infrared Survey Explorer (WISE), en satellit, der afsluttede en hel-himmel-undersøgelse på udkig efter varmen fra brune dværge – eller kæmpe planeter. Det udelukkede eksistensen af en Saturn-eller-større planet så langt ud som 10.000 AU ifølge en undersøgelse fra 2013 af Kevin Luhman, en astronom ved Pennsylvania State University, University Park. Men Luhman bemærker, at hvis Planet X er Neptun-størrelse eller mindre, som Batygin og Brown siger, ville WISE have savnet det. Han siger, at der er en lille chance for påvisning i et andet WISE-datasæt ved længere bølgelængder – følsomme over for køligere stråling – som blev indsamlet til 20% af himlen. Luhman analyserer nu disse data.

Selvom Batygin og Brown kan overbevise andre astronomer om, at Planet X eksisterer, står de over for en anden udfordring: at forklare, hvordan det endte så langt fra solen. På sådanne afstande var sandsynligvis den protoplanetære skive af støv og gas sandsynligvis blevet for tynd til at fremkalde planets vækst. Og selvom Planet X fik fodfæste som et planetesimal, ville den have bevæget sig for langsomt i sin store dovne bane til at svæve op nok materiale til at blive en kæmpe.

I stedet foreslår Batygin og Brown, at planeten X dannede sig meget tættere på solen sammen med Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun. Computermodeller har vist, at det tidlige solsystem var et tumultuøst billardbord med snesevis eller endda hundreder af planetariske byggesten på størrelse med jorden, der hoppede rundt. En anden embryonal kæmpe planet kunne let have dannet sig der, kun for at blive startet udad af et tyngdekraftsspark fra en anden gaskæmpe.

Det er sværere at forklare, hvorfor Planet X hverken sløjfer tilbage til, hvor den startede eller forlade solsystemet helt. Men Batygin siger, at restgas i den protoplanetære disk måske har udøvet tilstrækkelig træk til at bremse planeten lige nok til, at den kan slå sig ned i en fjern kredsløb og forblive i solsystemet. Det kunne være sket, hvis udstødningen fandt sted, da solsystemet var mellem 3 millioner og 10 millioner år gammelt, siger han, før al gassen i disken gik tabt i rummet.

Hal Levison, en planetarisk dynamiker ved Southwest Research Institute i Boulder, Colorado, er enig i, at noget skal skabe den baneforhold, Batygin og Brown har registreret. Men han siger, at oprindelseshistorien, de har udviklet til Planet X, og deres specielle opfordring til en gasudskudt udstødning udgør “en begivenhed med lav sandsynlighed.” Andre forskere er mere positive. Det foreslåede scenario er plausibelt, siger Laughlin. “Normalt er ting som dette forkert, men jeg er virkelig begejstret for denne,” siger han. “Det er bedre end en møntklap.”

Alt dette betyder, at Planet X forbliver i limbo, indtil den faktisk findes.

Astronomer har nogle gode ideer til, hvor de skal se, men Det er ikke let at få øje på den nye planet. Fordi genstande i meget elliptiske baner bevæger sig hurtigst, når de er tæt på solen, bruger Planet X meget lidt tid ved 200 AU. Og hvis den var der lige nu, siger Brown, ville det være så lyse, at astronomer sandsynligvis allerede ville have set det.

I stedet for vil Planet X sandsynligvis tilbringe det meste af sin tid i nærheden af aphelion og langsomt travle på afstande mellem 600 og 1200 AU. De fleste teleskoper, der er i stand til at se en svagt objekt på sådanne afstande, såsom Hubble-rumteleskopet eller de 10 meter lange Keck-teleskoper på Hawaii, har ekstremt små synsfelter. Det ville være som at kigge efter en nål i en høstak ved at kigge gennem et drikkestrå.

Et teleskop kan hjælpe: Subaru, et 8 meter teleskop på Hawaii, der ejes af Japan. Det har tilstrækkelig lysstigning et område til at opdage en sådan svag genstand kombineret med et stort synsfelt – 75 gange større end et Keck-teleskop. Det giver astronomer mulighed for at scanne store skår af himlen hver nat. Batygin og Brown bruger Subaru til at lede efter Planet X – og de koordinerer deres indsats med deres tidligere konkurrenter, Sheppard og Trujillo, som også er gået i jagten med Subaru. Brown siger, at det vil tage cirka 5 år for de to hold at søge det meste af det område, hvor Planet X kunne lure.

Hvis søgningen pander ud, hvad skal det nye medlem af solens familie være hedder? Brown siger, at det er for tidligt at bekymre sig om det og undgår nøje at komme med forslag. For nu kalder han og Batygin det Planet Nine (og det sidste år uformelt Planet Phattie – slang fra 1990’erne for “cool”). Brown bemærker, at hverken Uranus eller Neptun – de to planeter, der blev opdaget i moderne tid – endte med at ende bliver navngivet af deres opdagere, og han mener, at det sandsynligvis er en god ting. Det er større end nogen person, siger han: “Det er som at finde et nyt kontinent på Jorden.”

Han er sikker, dog fortjener Planet X – i modsætning til Pluto – at blive kaldt en planet. Noget på størrelse med Neptun i solsystemet? Spørg ikke engang. “Ingen vil argumentere for denne, ikke engang mig.”