Gli astronomi dicono che un pianeta delle dimensioni di Nettuno si nasconde oltre Plutone

Il sistema solare sembra avere un nuovo nono pianeta. Oggi, due scienziati hanno annunciato la prova che un corpo delle dimensioni di Nettuno, ma ancora invisibile, orbita intorno al sole ogni 15.000 anni. Durante l’infanzia del sistema solare 4,5 miliardi di anni fa, dicono, il pianeta gigante fu buttato fuori dalla regione di formazione del pianeta vicino al sole. Rallentato dal gas, il pianeta si stabilì in una lontana orbita ellittica, dove si nasconde ancora oggi.

L’affermazione è la più forte nella secolare ricerca di un “Pianeta X” oltre Nettuno. La ricerca è stata tormentata da affermazioni inverosimili e persino da ciarlatani. Ma le nuove prove provengono da una coppia di rispettati scienziati planetari, Konstantin Batygin e Mike Brown del California Institute of Technology (Caltech) a Pasadena, che si sono preparati all’inevitabile scetticismo con analisi dettagliate delle orbite di altri oggetti distanti e mesi di simulazioni al computer. “Se dici:” Abbiamo prove per il pianeta X “, quasi tutti gli astronomi diranno:” Di nuovo? Questi ragazzi sono chiaramente pazzi. “Lo farei anch’io”, dice Brown. “Perché è diverso? Questo è diverso perché questa volta abbiamo ragione.”

Scienziati esterni dicono che i loro calcoli si accumulano ed esprimono un misto di cautela ed entusiasmo per il risultato.” Non potrei immaginare un affare più grande se, e ovviamente questo è un “se” in grassetto, se fosse risulta avere ragione “, afferma Gregory Laughlin, scienziato planetario presso l’Università della California (UC), Santa Cruz. “La cosa eccitante è che è rilevabile.”

Batygin e Brown hanno dedotto la sua presenza dal peculiare raggruppamento di sei oggetti precedentemente noti che orbitano oltre Nettuno. Dicono che ci sia solo una probabilità dello 0,007%, o circa uno in 15.000, che il raggruppamento potrebbe essere una coincidenza. Invece, dicono, un pianeta con la massa di 10 Terre ha guidato i sei oggetti nelle loro strane orbite ellittiche, inclinate fuori dal piano del sistema solare.

L’orbita del pianeta dedotto è similmente inclinata, così come allungata a distanze che faranno esplodere le concezioni precedenti del sistema solare. Il suo approccio più vicino al sole è sette volte più lontano di Nettuno, o 200 unità astronomiche (UA). AU è la distanza tra la Terra e il Sole, circa 150 milioni di chilometri.) E il Pianeta X potrebbe vagare da 600 a 1200 UA, ben oltre la fascia di Kuiper, la regione di piccoli mondi ghiacciati che inizia al confine di Nettuno a circa 30 UA.

Se Planet X è là fuori, Brown e Batygin s Sì, gli astronomi dovrebbero trovare più oggetti in orbite rivelatrici, modellate dall’attrazione del gigante nascosto. Ma Brown sa che nessuno crederà veramente alla scoperta fino a quando il pianeta X stesso non apparirà nel mirino di un telescopio. “Fino a quando non c’è un rilevamento diretto, è un’ipotesi, anche un’ipotesi potenzialmente molto buona”, dice. Il team ha tempo sull’unico grande telescopio delle Hawaii adatto per la ricerca e sperano che altri astronomi si uniranno alla caccia .

Uccidere Plutone è stato divertente, ma questa è la testa e le spalle sopra ogni altra cosa.

Batygin e Brown hanno pubblicato il risultato oggi su The Astronomical Journal. Alessandro Morbidelli, un dinamico planetario dell’Osservatorio di Nizza in Francia, ha eseguito la peer review per l’articolo. In una dichiarazione, afferma che Batygin e Brown hanno fatto un “molto argomento solido “e che è” abbastanza convinto dall’esistenza di un pianeta lontano “.

Difendere un nuovo nono pianeta è un ruolo ironico per Brown; è meglio conosciuto come un ammazza pianeti. La sua scoperta del 2005 di Eris, un remoto mondo ghiacciato quasi delle stesse dimensioni di Plutone, ha rivelato che quello che era visto come il pianeta più esterno era solo uno dei tanti mondi nel K cintura uiper. Gli astronomi hanno prontamente riclassificato Plutone come un pianeta nano, una saga raccontata da Brown nel suo libro How I Killed Pluto.

Ora si è unito alla secolare ricerca di nuovi pianeti. Il suo metodo – dedurre l’esistenza del Pianeta X dai suoi effetti gravitazionali spettrali – ha una storia rispettabile. Nel 1846, ad esempio, il matematico francese Urbain Le Verrier predisse l’esistenza di un pianeta gigante dalle irregolarità nell’orbita di Urano. Gli astronomi dell’Osservatorio di Berlino hanno scoperto il nuovo pianeta, Nettuno, dove avrebbe dovuto essere, suscitando scalpore mediatico.

I rimanenti singhiozzi nell’orbita di Urano hanno portato gli scienziati a pensare che potrebbe esserci ancora un altro pianeta, e Nel 1906 Percival Lowell, un ricco magnate, iniziò la ricerca di quello che chiamava “Pianeta X” nel suo nuovo osservatorio a Flagstaff, in Arizona. Nel 1930 comparve Plutone, ma era troppo piccolo per tirare in modo significativo su Urano.Più di mezzo secolo dopo, nuovi calcoli basati sulle misurazioni della sonda Voyager hanno rivelato che le orbite di Urano e Nettuno andavano bene da sole: nessun pianeta X era necessario.

Eppure il fascino del pianeta X persistette. Negli anni ’80, ad esempio, i ricercatori hanno proposto che una stella nana bruna invisibile potesse causare estinzioni periodiche sulla Terra innescando fusioni di comete. Negli anni ’90, gli scienziati hanno invocato un pianeta delle dimensioni di Giove ai margini del sistema solare per spiegare l’origine di alcune comete strane. Solo il mese scorso, i ricercatori hanno affermato di aver rilevato il debole bagliore a microonde di un pianeta roccioso di grandi dimensioni a circa 300 UA di distanza, utilizzando una serie di piatti telescopici in Cile chiamati Atacama Large Millimeter Array (ALMA). (Brown era uno dei tanti scettici, notando che il campo visivo ristretto di ALMA rendeva le possibilità di trovare un oggetto del genere incredibilmente sottili.)

Brown ha avuto il suo primo sentore della sua attuale preda nel 2003, quando ha guidato una squadra che ha trovato Sedna, un oggetto un po ‘più piccolo sia di Eris che di Plutone. La strana orbita lontana di Sedna lo rendeva all’epoca l’oggetto più distante conosciuto nel sistema solare. Il suo perielio, o punto più vicino al sole, si trovava a 76 UA, oltre la fascia di Kuiper e molto al di fuori dell’influenza della gravità di Nettuno. L’implicazione era chiara: qualcosa di massiccio, ben oltre Nettuno, doveva aver trascinato Sedna nella sua lontana orbita.

Quel qualcosa non doveva essere un pianeta. La spinta gravitazionale di Sedna potrebbe provenire da una stella di passaggio o da uno dei tanti altri vivai stellari che circondavano il sole nascente al momento della formazione del sistema solare.

Da allora, una manciata di altri oggetti ghiacciati si sono ritrovati in orbite simili. Combinando Sedna con altri cinque strani, Brown dice di aver escluso le stelle come influenza invisibile: solo un pianeta potrebbe spiegare orbite così strane. Delle sue tre scoperte principali – Eris, Sedna e ora, potenzialmente, il pianeta X – Brown dice che l’ultima è la più sensazionale. “Uccidere Plutone è stato divertente. Trovare Sedna è stato scientificamente interessante”, dice. “Ma questo, questa è la testa e le spalle sopra ogni altra cosa.”

Brown e Batygin sono stati quasi battuti sul tempo. Per anni Sedna è stato l’unico indizio di una perturbazione proveniente da oltre Nettuno. Poi, nel 2014, Scott Sheppard e Chad Trujillo (un ex studente laureato di Brown) hanno pubblicato un documento che descrive la scoperta di VP113, un altro oggetto che non si avvicina mai al sole. Sheppard, della Carnegie Institution for Science a Washington, DC, e Trujillo, del Gemini Observatory alle Hawaii, erano ben consapevoli delle implicazioni. Hanno iniziato a esaminare le orbite dei due oggetti insieme ad altri 10 stravaganti. Hanno notato che, al perielio, tutti si avvicinavano molto al piano del sistema solare in cui orbita la Terra, chiamato eclittica. In un articolo, Sheppard e Trujillo hanno sottolineato il particolare raggruppamento e hanno sollevato la possibilità che un grande pianeta lontano avesse ammassato gli oggetti vicino all’eclittica. Ma non insistettero ulteriormente sul risultato.

Più tardi nello stesso anno, al Caltech, Batygin e Brown iniziarono a discutere i risultati. Tracciando le orbite degli oggetti distanti, dice Batygin, si sono resi conto che lo schema che Sheppard e Trujillo avevano notato “era solo metà della storia”. Non solo gli oggetti erano vicini all’eclittica alla perielia, ma la loro perielia era fisicamente raggruppata nello spazio (vedi diagramma, sopra).

Per l’anno successivo, i due hanno discusso segretamente il modello e cosa significava. era un rapporto facile e le loro capacità si completavano a vicenda. Batygin, un genio di 29 anni, un modellista di computer, è andato al college della UC Santa Cruz per la spiaggia e la possibilità di suonare in un gruppo rock. Ma ha lasciato il segno lì modellando il destino del sistema solare nel corso di miliardi di anni, dimostrando che, in rari casi, era instabile: Mercurio potrebbe precipitare nel sole o entrare in collisione con Venere. “È stato un risultato straordinario per uno studente universitario”, dice Laughlin, che lavorava con lui all’epoca.

Brown, 50 anni, è l’astronomo osservatore, con un talento per le scoperte drammatiche e la sicurezza da abbinare. Indossa pantaloncini e sandali per lavorare, mette i piedi sulla scrivania e ha una brezza che maschera intensità e ambizione. Ha un programma tutto pronto per vagliare il pianeta X nei dati di un grande telescopio nel momento in cui saranno disponibili al pubblico entro la fine dell’anno.

I loro uffici sono a poche porte l’uno dall’altro. “Il mio divano è più bello, quindi tendiamo a parlare di più nel mio ufficio”, dice Batygin. “Tendiamo a guardare di più i dati in quello di Mike”. Sono persino diventati compagni di esercizio e hanno discusso le loro idee mentre aspettavano di entrare in acqua a un triathlon di Los Angeles, in California, nella primavera del 2015.

Per prima cosa, hanno vagliato la dozzina di oggetti studiati da Sheppard e Trujillo nei sei più distanti, scoperti da sei differenti rilevamenti su sei differenti telescopi. Ciò rendeva meno probabile che l’aggregazione potesse essere dovuta a un pregiudizio di osservazione come il puntamento di un telescopio verso una particolare parte del cielo.

Batygin iniziò a seminare i suoi modelli del sistema solare con Planet X di varie dimensioni e orbite. , per vedere quale versione spiegava meglio i percorsi degli oggetti. Alcuni dei computer hanno richiesto mesi. È emersa una dimensione preferita per il pianeta X, tra le cinque e le 15 masse terrestri, nonché un’orbita preferita: antialineata nello spazio dai sei piccoli oggetti, in modo che il suo perielio sia nella stessa direzione dell’afelio dei sei oggetti, o punto più lontano dal sole. Le orbite dei sei incrociano quella del pianeta X, ma non quando il grosso prepotente è nelle vicinanze e potrebbe interromperle. L’epifania finale è arrivata 2 mesi fa, quando le simulazioni di Batygin hanno mostrato che il pianeta X dovrebbe anche scolpire le orbite degli oggetti che piombano nel sistema solare dall’alto e dal basso, quasi ortogonali all’eclittica. “Ha acceso questo ricordo”, dice Brown. “Avevo già visto questi oggetti”. Risulta che, dal 2002, cinque di questi oggetti della fascia di Kuiper altamente inclinati sono stati scoperti e le loro origini sono in gran parte inspiegabili. “Non solo sono lì, ma sono esattamente nei posti che avevamo previsto”, dice Brown. “È allora che ho capito che questa non è solo un’idea interessante e buona, ma è effettivamente reale”.

Sheppard, che con Trujillo aveva anche sospettato un pianeta invisibile, dice Batygin e Brown “hanno portato il nostro risultato al livello successivo. … Sono entrati in profondità nelle dinamiche, qualcosa con cui io e Chad non siamo molto bravi. Ecco perché penso questo è eccitante. “

Altri, come lo scienziato planetario Dave Jewitt, che ha scoperto la cintura di Kuiper, sono più cauti. La probabilità dello 0,007% che il raggruppamento dei sei oggetti sia casuale conferisce al pianeta un significato statistico di 3,8 sigma: oltre la soglia 3-sigma tipicamente richiesta per essere presa sul serio, ma al di sotto del 5 sigma che a volte viene utilizzato in campi come la fisica delle particelle. Ciò preoccupa Jewitt, che ha visto molti risultati 3-sigma scomparire prima. riducendo la dozzina di oggetti esaminati da Sheppard e Trujillo a sei per la loro analisi s, Batygin e Brown hanno indebolito la loro affermazione, dice. “Temo che la scoperta di un singolo nuovo oggetto che non è nel gruppo distruggerebbe l’intero edificio”, dice Jewitt, che è all’UC di Los Angeles. “È un gioco di bastoni con solo sei bastoncini”.

A prima vista, un altro potenziale problema viene dal Widefield Infrared Survey Explorer (WISE) della NASA satellite che ha completato un’indagine a tutto cielo alla ricerca del calore delle nane brune o dei pianeti giganti. Ha escluso l’esistenza di un pianeta Saturno o più grande fino a 10.000 UA, secondo uno studio del 2013 di Kevin Luhman, un astronomo della Pennsylvania State University, University Park. Ma Luhman osserva che se il pianeta X fosse delle dimensioni di Nettuno o più piccolo, come dicono Batygin e Brown, WISE lo avrebbe perso. Dice che c’è una minima possibilità di rilevamento in un altro set di dati WISE a lunghezze d’onda maggiori, sensibili alle radiazioni più fredde, che sono state raccolte per il 20% del cielo. Luhman sta ora analizzando quei dati.

Anche se Batygin e Brown possono convincere altri astronomi che il pianeta X esiste, devono affrontare un’altra sfida: spiegare come è finito così lontano dal sole. A tali distanze, era probabile che il disco protoplanetario di polvere e gas fosse troppo sottile per alimentare la crescita del pianeta. E anche se il pianeta X avesse preso piede come un planetesimale, si sarebbe mosso troppo lentamente nella sua vasta e pigra orbita per aspirare abbastanza materiale da diventare un gigante.

Invece, Batygin e Brown propongono quel pianeta X si è formato molto più vicino al sole, insieme a Giove, Saturno, Urano e Nettuno. I modelli al computer hanno dimostrato che il primo sistema solare era un tumultuoso tavolo da biliardo, con dozzine o addirittura centinaia di blocchi planetari delle dimensioni della Terra che rimbalzavano. Un altro pianeta gigante in embrione avrebbe potuto facilmente formarsi lì, solo per essere avviato verso l’esterno da un calcio gravitazionale da un altro gigante gassoso.

È più difficile spiegare perché il pianeta X non è tornato indietro al punto in cui era iniziato o lasciare completamente il sistema solare. Ma Batygin dice che il gas residuo nel disco protoplanetario potrebbe aver esercitato una resistenza sufficiente per rallentare il pianeta quel tanto che basta per stabilirsi in un’orbita distante e rimanere nel sistema solare. Ciò sarebbe potuto accadere se l’espulsione fosse avvenuta quando il sistema solare aveva tra 3 milioni e 10 milioni di anni, dice, prima che tutto il gas nel disco fosse disperso nello spazio.

Hal Levison, un dinamico planetario presso il Southwest Research Institute di Boulder, in Colorado, concorda sul fatto che qualcosa deve creare l’allineamento orbitale che Batygin e Brown hanno rilevato. Ma dice che la storia delle origini che hanno sviluppato per Planet X e la loro speciale richiesta di un’espulsione rallentata dal gas si sommano a “un evento a bassa probabilità”. Altri ricercatori sono più positivi. Lo scenario proposto è plausibile, dice Laughlin. “Di solito cose come questa sono sbagliate, ma sono davvero entusiasta di questo”, dice. “È meglio di un lancio di moneta.”

Tutto ciò significa che il pianeta X rimarrà nel limbo finché non verrà effettivamente trovato.

Gli astronomi hanno alcune buone idee su dove guardare, ma individuare il nuovo pianeta non sarà facile. Poiché gli oggetti su orbite altamente ellittiche si muovono più velocemente quando sono vicini al sole, il pianeta X trascorre pochissimo tempo a 200 UA. E se fosse lì in questo momento, dice Brown, sarebbe così brillante che probabilmente gli astronomi l’avrebbero già notato.

Invece, è probabile che il pianeta X trascorra la maggior parte del suo tempo vicino all’afelio, trotterellando lentamente a distanze comprese tra 600 e 1200 UA. La maggior parte dei telescopi in grado di vedere un oggetti deboli a tali distanze, come il telescopio spaziale Hubble oi telescopi Keck da 10 metri alle Hawaii, hanno campi visivi estremamente piccoli. Sarebbe come cercare un ago in un pagliaio sbirciando attraverso una cannuccia.

Un telescopio può aiutare: Subaru, un telescopio da 8 metri alle Hawaii di proprietà del Giappone. Ha abbastanza luce area di rilevamento per rilevare un oggetto così debole, accoppiato con un enorme campo visivo, 75 volte più grande di quello di un telescopio Keck. Ciò consente agli astronomi di scansionare ampie fasce di cielo ogni notte. Batygin e Brown stanno usando Subaru per cercare il Pianeta X e stanno coordinando i loro sforzi con i loro ex concorrenti, Sheppard e Trujillo, che si sono uniti alla caccia con Subaru. Brown dice che ci vorranno circa 5 anni prima che le due squadre perquisiscano la maggior parte dell’area in cui potrebbe essere in agguato il pianeta X.

Se la ricerca si risolve, quale dovrebbe essere il nuovo membro della famiglia del sole chiamato? Brown dice che è troppo presto per preoccuparsene ed evita scrupolosamente di offrire suggerimenti. Per ora, lui e Batygin lo chiamano Planet Nine (e, nell’ultimo anno, in modo informale, Planet Phattie – gergo degli anni ’90 per “cool”). Brown osserva che né Urano né Nettuno, i due pianeti scoperti in tempi moderni, sono finiti viene nominato dai loro scopritori e pensa che probabilmente sia una buona cosa. È più grande di qualsiasi persona, dice: “È un po ‘come trovare un nuovo continente sulla Terra”.

È sicuro, tuttavia, quel pianeta X, a differenza di Plutone, merita di essere chiamato pianeta. Qualcosa delle dimensioni di Nettuno nel sistema solare? Non chiedere nemmeno. “Nessuno lo sosterrebbe, nemmeno io.”