Tähtitieteilijöiden mukaan Neptunuksen kokoinen planeetta piilee Pluton takana

Aurinkokunnalla näyttää olevan uusi yhdeksäs planeetta. Tänään kaksi tutkijaa ilmoitti todisteita siitä, että lähes Neptunuksen kokoinen – mutta vielä näkymättömä – elin kiertää aurinkoa 15 000 vuoden välein. Heidän mukaansa 4,5 miljardia vuotta sitten aurinkokunnan alkuvaiheessa jättiläinen planeetta lyötiin pois planeetan muodostavalta alueelta lähellä aurinkoa. Kaasun hidastamana planeetta asettui kaukaiselle elliptiselle kiertoradalle, missä se edelleen piileskelee.

Väite on vahvin vielä vuosisatoja kestäneessä ”Planet X” -hankkeessa Neptunuksen ulkopuolella. Sitä on vaivannut kauan haetut väitteet ja jopa suorat mätkäykset, mutta uudet todisteet ovat peräisin arvostetuilta planeettatieteilijöiltä, Konstantin Batyginiltä ja Mike Brownilta Kalifornian teknologiainstituutista (Caltech) Pasadenassa, jotka valmistautuivat väistämättömään skeptismiin yksityiskohtaiset analyysit muiden kaukana olevien esineiden kiertoradoista ja kuukausien tietokonesimulaatiot. ”Jos sanot:” Meillä on todisteita Planeetta X: stä ”, melkein kaikki tähtitieteilijät sanovat:” Tämä taas? Nämä kaverit ovat selvästi hulluja. ”Minäkin haluaisin”, Brown sanoo. ”Miksi tämä eroaa? Tämä on erilainen, koska tällä kertaa olemme oikeassa.”

Ulkopuolisten tutkijoiden mukaan heidän laskelmansa ovat kasaantuneet ja ilmaisevat sekoituksen varovaisuutta ja jännitystä tuloksen suhteen.” En voisi kuvitella suurempaa sopimusta, jos – ja tietysti se on lihavoitu ”jos” – jos se osoittautuu oikeaksi ”, sanoo Gregory Laughlin, planeettatieteilijä Kalifornian yliopistossa (UC), Santa Cruz. ”Mikä jännittävää siinä on, on havaittavissa.”

Batygin ja Brown päättelivät sen läsnäolon kuuden aiemmin tunnetun kohteen omituisesta ryhmittymästä, jotka kiertävät Neptunuksen ulkopuolella. He sanovat, että mahdollisuus on vain 0,007%, tai noin yksi 15 000, että ryhmittyminen voi olla sattumaa. Sen sijaan planeetta, jonka massa on 10 maata, on paimentanut kuusi esinettä outoihin elliptisiin kiertoradoihinsa, jotka ovat kallistuneet ulos aurinkokunnan tasosta.

Päätetyn planeetan kiertorata on samalla tavalla kallistettu ja venytetty etäisyyksille, jotka räjähtävät aikaisemmat käsitykset aurinkokunnasta. Sen lähin lähestymistapa aurinkoon on seitsemän kertaa kauempana kuin Neptunus eli 200 tähtitieteellistä yksikköä (AU). AU on maapallon ja auringon välinen etäisyys, noin 150 miljoonaa kilometriä.) Ja planeetta X voisi vaeltaa 600–1200 AU: n, kaukana Kuiperin vyöhykkeen, pienien jäisten maailmojen alueen, joka alkaa Neptunuksen reunalta, noin 30 AU.

Jos planeetta X on siellä, Brown ja Batygin s tähtitieteilijöiden pitäisi löytää lisää esineitä ilmaisureiteiltä, jotka on muotoiltu piilotetun jättiläisen vetämänä. Mutta Brown tietää, että kukaan ei todellakaan usko löytöön, ennen kuin Planet X itse ilmestyy kaukoputken etsimessä. ”Kunnes suora havaitseminen on olemassa, se on hypoteesi – jopa erittäin hyvä hypoteesi”, hän sanoo. Tiimillä on aikaa Havaijilla sijaitsevalla suurella teleskoopilla, joka sopii etsintään, ja he toivovat muiden tähtitieteilijöiden liittyvän metsästykseen. .

Pluton tappaminen oli hauskaa, mutta tämä on pää ja hartiat kaiken muun yläpuolella.

Batygin ja Brown julkaisivat tuloksen tänään The Astronomical Journal -lehdessä. Ranskan Nizzan observatorion planeettadynamiikka Alessandro Morbidelli suoritti paperin vertaisarvioinnin. Lausunnossaan hän sanoo, että Batygin ja Brown tekivät ”hyvin vankka väite ”ja että hän on” täysin vakuuttunut kaukaisen planeetan olemassaolosta ”.

Uuden yhdeksän planeetan mestaruus on Brownille ironinen rooli; hänet tunnetaan paremmin planeetan tappajana. Hänen vuoden 2005 löytö Eriksestä, kaukaisesta jäisestä maailmasta, joka on lähes samankokoinen kuin Pluto, paljasti, että syrjäisimpänä planeettana pidetty oli vain yksi monista K uiperihihna. Tähtitieteilijät luokittelivat Pluton nopeasti uudelleen kääpiöplaneetaksi – saaga, jonka Brown kertoi kirjassaan Kuinka tapoin Pluton.

Nyt hän on liittynyt vuosisatoja vanhaan uusien planeettojen etsintään. Hänen menetelmällään – päätellä planeetan X olemassaolo sen aavemaisten painovoimaisten vaikutusten perusteella – on kunnioitettava kokemus. Esimerkiksi vuonna 1846 ranskalainen matemaatikko Urbain Le Verrier ennusti jättimäisen planeetan olemassaolon Uranuksen kiertoradan epäsäännöllisyyksien perusteella. Berliinin observatorion tähtitieteilijät löysivät uuden planeetan, Neptunuksen, missä sen oli tarkoitus olla, herätti median tunteen.

Uranuksen kiertoradalla jäljellä oleva hikka sai tutkijat ajattelemaan, että planeettoja saattaa vielä olla yksi, ja vuonna 1906 varakas magnatti Percival Lowell aloitti uuden planeettansa ”Planet X” -elokuvan etsinnän uudessa observatoriossaan Flagstaffissa Arizonassa. Vuonna 1930 Pluto ilmestyi paikalle – mutta se oli aivan liian pieni vetämään mielekkäästi Uranusta.Yli puoli vuosisataa myöhemmin uudet laskelmat, jotka perustuivat Voyager-avaruusaluksen mittauksiin, paljastivat, että Uranuksen ja Neptunuksen kiertoradat olivat itsessään hienot: planeettaa X ei tarvittu.

Silti planeetan X houkutus jatkui. Esimerkiksi 1980-luvulla tutkijat ehdottivat, että näkymättömän ruskea kääpiötähti voisi aiheuttaa ajoittaisia sukupuuttoon maapallolla laukaisemalla komeettojen yhdistelmiä. 1990-luvulla tutkijat käyttivät aurinkokunnan reunalla Jupiterin kokoista planeettaa selittääkseen tiettyjen outojen pallojen komeettojen alkuperää. Aivan viime kuussa tutkijat väittivät havaitsevansa hiukan mikroaaltohehkun noin 300 AU: n päässä sijaitsevalta ylisuurelta kiviseltä planeetalta käyttämällä Chilessä olevaa teleskooppiastioita, nimeltään Atacama Large Millimeter Array (ALMA). (Brown oli yksi monista epäilijöistä, huomaten, että ALMA: n kapea näkökenttä teki mahdollisuuden löytää tällainen esine katoavan ohut.)

Brown sai ensimmäisen vihjeen nykyisestä louhoksestaan vuonna 2003, kun hän johti joukkue, joka löysi Sednan, kohteen, joka oli hieman pienempi kuin Eris ja Pluto. Sednan outo, kaukana oleva kiertorata teki siitä tuolloin kaikkein kaikkein tunnetuimman kohteen aurinkokunnassa. Sen perihelioni eli aurinkoa lähinnä oleva kohta oli 76 AU Kuiperin vyön ulkopuolella ja kaukana Neptunuksen painovoiman vaikutuksesta. Vaikutus oli selvä: Jotain massiivista, selvästi Neptunuksen ulkopuolella, on täytynyt vetää Sedna kaukaiselle kiertoradalleen.

Että jotain ei tarvitse olla planeetta. Sednan painovoima voi olla peräisin ohi olevasta tähdestä tai yhdestä monista muista tähtitaimistoista, jotka ympäröivät syntyvää aurinkoa aurinkokunnan muodostumisen aikaan.

Siitä lähtien kourallinen muita jäisiä esineitä ovat kääntyneet vastaavilla kiertoradoilla. Yhdistämällä Sednan viiteen muuhun outoon Brown kertoo sulkeneensa tähdet näkymättömäksi vaikutukseksi: Vain planeetta voisi selittää tällaiset outot kiertoradat. Hänen kolmesta suuresta löytöstään – Eris, Sedna ja nyt mahdollisesti myös Planet X – Brown sanoo, että viimeinen on kaikkein sensaatiomainen. ”Pluton tappaminen oli hauskaa. Sednan löytäminen oli tieteellisesti mielenkiintoista”, hän sanoo. ”Mutta tämä, tämä on pää ja hartiat kaiken muun yläpuolella.”

Brown ja Batygin lyötiin melkein lyöntiin. Vuosien ajan Sedna oli yksinäinen vihje häiriöön Neptunuksen ulkopuolelta. Sitten vuonna 2014 Scott Sheppard ja Chad Trujillo (Brownin entinen jatko-opiskelija) julkaisivat paperin, jossa kuvataan VP113: n löytäminen, toinen esine, joka ei koskaan tule lähelle aurinkoa. Sheppard, Washingtonin Carnegie Institute of Science -yliopisto ja Trujillo, Havaijin Gemini-observatorio, olivat tietoisia seurauksista. He alkoivat tutkia kahden kohteen kiertoratoja ja 10 muuta outoa palloa. He huomasivat, että perihelionissa kaikki tulivat hyvin lähelle aurinkokunnan tasoa, jolla Maa kiertää, jota kutsutaan ekliptikaksi. Sheppard ja Trujillo korostivat eräässä paperissaan omituista kasaantumista ja toivat esiin mahdollisuuden, että kaukainen suuri planeetta oli paimentanut ekliptikan lähellä olevia esineitä. Mutta he eivät painaneet tulosta enää.

Myöhemmin samana vuonna Caltechissä Batygin ja Brown alkoivat keskustella tuloksista. Piirtäen kaukaisen kohteen kiertoradat, Batygin sanoo, he huomasivat, että Sheppardin ja Trujillon huomannut kuvio ”oli vain puolet tarinasta”. Paitsi ekliptikan lähellä olevat kohteet periheliassa, mutta niiden perihelia oli ryhmitelty fyysisesti avaruuteen (katso yllä oleva kaavio).

Seuraavan vuoden aikana duo keskusteli salaa kuviosta ja sen merkityksestä. oli helppo suhde, ja heidän taitonsa täydensivät toisiaan. Batygin, 29-vuotias whiz-poikien tietokonemallinnus, meni yliopistoon UC Santa Cruziin rannalle ja mahdollisuuden soittaa rock-bändissä. Mutta hän teki jälkensä mallinnamalla aurinkokunnan kohtaloa miljardien vuosien ajan osoittaen, että harvoissa tapauksissa se oli epävakaa: Elohopea voi syöksyä aurinkoon tai törmätä Venukseen. ”Se oli hämmästyttävä saavutus opiskelijalle”, Laughlin sanoo. joka työskenteli tuolloin hänen kanssaan.

Brown, 50, on havainnoiva tähtitieteilijä, jolla on tunnelma dramaattisista löytöistä ja itseluottamuksesta. Hänellä on töissä shortsit ja sandaalit, hän asettaa jalkansa pöydälleen ja hänellä on tuulinen, joka peittää voimakkuuden ja kunnianhimoa. Hänellä on ohjelma, joka on kaikki valmiina siivilöimään Planet X: lle tietoja suuresta kaukoputkesta heti, kun ne tulevat julkisesti saataville myöhemmin tänä vuonna.

Heidän toimistot ovat muutaman oven päässä toisistaan. ”Sohvani on mukavampi, joten meillä on tapana puhua enemmän toimistossani”, Batygin sanoo. ”Meillä on tapana tarkastella enemmän tietoja Miken tiedoista.” Heistä tuli jopa liikuntakavereita ja keskustelivat ideoistaan odottaessaan pääsyä veteen Los Angelesin Kalifornian triathlonissa keväällä 2015.

Ensinnäkin he voittivat kymmenkunta Sheppardin ja Trujillon tutkimaa esinettä kuudelle kaukaisimmalle – löydettiin kuudella eri tutkimuksella kuudella eri kaukoputkella. Tämän vuoksi oli vähemmän todennäköistä, että kasautuminen johtui havainnointivirheestä, kuten teleskoopin osoittamisesta taivaan tiettyyn osaan.

Batygin alkoi kylvää aurinkokuntamallejaan erikokoisilla ja kiertoradalla olevilla planeetoilla X , nähdäksesi mikä versio selitti parhaiten objektien polut. Jotkut tietokoneen ajoista kesti kuukausia. Planeetta X: n suosittu koko nousi esiin – 5-15 maapallon välillä – ja edullinen kiertorata: suunnattu avaruudessa kuudesta pienestä esineestä niin, että sen perihelion on samaan suuntaan kuin kuuden objektin aphelion tai kauimpana oleva piste auringosta. Kuuden kiertorata ylittää Planeetta X: n, mutta ei silloin, kun iso kiusaaja on lähellä ja voi häiritä niitä. Viimeinen loppiainen tapahtui kaksi kuukautta sitten, kun Batyginin simulaatiot osoittivat, että Planeetta X: n tulisi myös veistää esineiden kiertoradat, jotka syöksyvät aurinkokuntaan ylhäältä ja alhaalta, melkein kohtisuorassa ekliptikan suhteen. ”Se herätti tämän muistin”, Brown sanoo. ”Olin nähnyt nämä esineet aiemmin.” On käynyt ilmi, että vuodesta 2002 lähtien on löydetty viisi näistä erittäin kallistuneista Kuiper-vyöobjekteista, ja niiden alkuperä on suurelta osin selittämätön. ”He eivät vain ole siellä, vaan he ovat myös juuri niissä paikoissa, jotka ennustimme”, Brown sanoo. ”Silloin tajusin, että tämä ei ole vain mielenkiintoinen ja hyvä idea – se on todellakin totta.”

Sheppard, joka Trujillon kanssa epäili myös näkymättömän planeetan, sanoo, että Batygin ja Brown ”veivät tuloksemme seuraavalle tasolle. … He syvenivät dynamiikkaan, johon Tšad ja minä emme ole kovin hyviä. Siksi luulen tämä on jännittävää. ”

Toiset, kuten planeettatieteilijä Dave Jewitt, joka löysi Kuiperin vyön, ovat varovaisempia. 0,007 prosentin mahdollisuus, että kuuden kohteen ryhmittyminen on sattumaa, antaa planeetalle väitteen tilastollisesti merkittäväksi 3,8 sigmaa – 3 sigman kynnysarvon ylittävä vaatimus on yleensä otettava vakavasti, mutta lyhyt kuin 5 sigmaa, jota joskus käytetään hiukkasfysiikan kaltaisilla aloilla.Se huolestuttaa Jewittia, joka on nähnyt paljon 3-sigman tuloksia katoavan aiemmin. Sheppardin ja Trujillon tutkimat tusinaa esinettä vähennettiin kuudeksi analyyseilleen s, Batygin ja Brown heikensivät vaatimustaan, hän sanoo. ”Olen huolissani siitä, että yhden uuden objektin löytäminen, joka ei ole ryhmässä, tuhoaisi koko rakennuksen”, kertoo UC Los Angelesissa oleva Jewitt. ”Se on tikkupeli, jossa on vain kuusi sauvaa.”

Aluksi punastumisen yhteydessä toinen mahdollinen ongelma tulee NASA: n Widefield Infrared Survey Explorer (WISE) -laitteesta satelliitti, joka suoritti koko taivaan tutkimuksen etsimällä ruskojen kääpiöiden – tai jättiläisplaneettojen – lämpöä. Pennsylvanian osavaltion yliopiston tähtitieteilijän Kevin Luhmanin yliopistopuiston yliopistopuistossa vuonna 2013 tekemän tutkimuksen mukaan se sulki pois Saturnuksen tai sitä suuremman planeetan olemassaolon jopa 10000 AU: ssa. Mutta Luhman huomauttaa, että jos Planeetta X on Neptunuksen kokoinen tai pienempi, kuten Batygin ja Brown sanovat, WISE olisi menettänyt sen. Hänen mukaansa on pieni mahdollisuus havaita toisessa WISE-tietojoukossa pidemmillä aallonpituuksilla – herkkä viileämmälle säteilylle – jota kerättiin 20 prosentille taivaasta. Luhman analysoi nyt näitä tietoja.

Vaikka Batygin ja Brown voivat vakuuttaa muut tähtitieteilijät planeetan X olemassaolosta, heillä on uusi haaste: selittää kuinka se päätyi niin kaukana auringosta. Tällaisilla etäisyyksillä pölyn ja kaasun protoplaneettalevy oli todennäköisesti ollut liian ohut planeetan kasvun polttoaineeksi. Ja vaikka Planeetta X saisi jalansijaa planeettojen pienimpänä, se olisi liikkunut liian hitaasti laajalla, laiskalla kiertoradallaan kerätäkseen tarpeeksi materiaalia jättimäiseksi.

Sen sijaan Batygin ja Brown ehdottavat tätä planeettaa. X muodostui paljon lähempänä aurinkoa Jupiterin, Saturnuksen, Uranuksen ja Neptunuksen rinnalla. Tietokonemallit ovat osoittaneet, että varhainen aurinkokunta oli myrskyisä biljardipöytä, jossa kymmeniä tai jopa satoja maapallon kokoisia rakennuspalikoita pomppii ympäriinsä. Toinen alkion jättiläinen planeetta olisi helposti voinut muodostua sinne, mutta se voidaan käynnistää ulospäin toisen kaasun jättiläisen painovoiman potkulla.

On vaikeampaa selittää, miksi planeetta X ei kääntynyt takaisin sinne, missä se alkoi tai jätä aurinkokunta kokonaan. Mutta Batygin sanoo, että jäännöskaasu protoplaneettalevyssä on saattanut aiheuttaa tarpeeksi vetoa hidastaakseen planeettaa juuri niin paljon, että se asettuisi kaukaiselle kiertoradalle ja pysyisi aurinkokunnassa. Se olisi voinut tapahtua, jos heitto tapahtui, kun aurinkokunta oli 3–10 miljoonaa vuotta vanha, hän sanoo, ennen kuin kaikki levyssä oleva kaasu oli kadonnut avaruuteen.

Hal Levison, planeettadynamiikka Boulderissa, Coloradossa sijaitsevasta Southwest Research Instituteista, on samaa mieltä siitä, että Batyginin ja Brownin havaitsemien kiertoradan suuntausten on oltava jonkinlainen luomassa. Mutta hän sanoo, että alkuperätarina, jonka he ovat kehittäneet Planeetta X: lle, ja heidän erityinen vetoomuksensa kaasun hidastetusta työntämisestä muodostavat ”matalan todennäköisyyden tapahtuman”. Muut tutkijat ovat positiivisempia. Ehdotettu skenaario on uskottava, Laughlin sanoo. ”Yleensä tällaiset asiat ovat vääriä, mutta olen todella innoissani tästä”, hän sanoo. ”Se on parempi kuin kolikon kääntö.”

Kaikki tämä tarkoittaa, että planeetta X pysyy levossa, kunnes se todella löytyy.

Tähtitieteilijöillä on hyviä ideoita mistä etsiä, mutta uuden planeetan havaitseminen ei ole helppoa. Koska kohteet, joilla on erittäin elliptinen kiertorata, liikkuvat nopeimmin lähellä aurinkoa, Planet X viettää hyvin vähän aikaa 200 AU: ssa. Ja jos se olisi siellä juuri nyt, Brown sanoo, niin kirkas, että tähtitieteilijät olisivat todennäköisesti jo huomanneet sen.

Sen sijaan planeetta X viettää todennäköisesti suurimman osan ajastaan lähellä afeliota, ravaten hitaasti 600 ja 1200 AU: n etäisyydellä. Useimmat teleskoopit, jotka pystyvät näkemään himmeällä esineellä sellaisilla etäisyyksillä, kuten Hubble-avaruusteleskoopilla tai Havaijin 10 metrin Keck-teleskoopeilla, on erittäin pienet näkökentät. Se olisi kuin etsiä neulaa heinäsuovasta kurkistamalla juomapillin läpi.

Yksi teleskooppi voi auttaa: Subaru, 8 metrin teleskooppi Havaijilla, jonka omistaa Japani. Siinä on riittävästi valoa Tällaisen heikon esineen havaitsemiseksi on yhdistetty valtava näkökenttä – 75 kertaa suurempi kuin Keck-teleskoopin. Sen avulla tähtitieteilijät voivat skannata suuria taivaankappaleita joka ilta. Batygin ja Brown käyttävät Subarua etsimään Planet X: tä – ja he koordinoivat ponnistelujaan entisten kilpailijoidensa, Sheppardin ja Trujillon kanssa, jotka ovat myös liittyneet metsästykseen Subarun kanssa. Brown sanoo, että kahden joukkueen vie noin 5 vuotta etsimään suurinta osaa alueesta, jolla planeetta X voi olla.

Jos haku etenee, mitä auringon perheen uuden jäsenen tulisi olla nimeltään? Brown sanoo, että on liian aikaista huolehtia siitä ja välttää tarkkaan ehdotusten tarjoamista. Toistaiseksi hän ja Batygin kutsuvat sitä yhdeksäksi planeetaksi (ja kuluneen vuoden aikana epävirallisesti Planet Phattie – 1990-luvun slangi ”viileäksi”). Brown huomauttaa, että kumpikaan Uranus tai Neptune – kaksi nykyaikana löydettyä planeettaa – eivät pääty löytäjiensä nimeä ja hän ajattelee, että se on todennäköisesti hyvä asia. Se on suurempi kuin kukaan muu, hän sanoo: ”Se on ikään kuin uuden maanosan löytäminen maapallolta.”

Hän on varma, Planeetta X – toisin kuin Pluto – ansaitsee kuitenkin kutsua planeetaksi. Jotain Neptunuksen kokoista aurinkokunnassa? Älä edes kysy. ”Kukaan ei väitä tätä, ei edes minä.”