Astronomer sier at en planet i størrelse Neptun lurer utover Pluto

Solsystemet ser ut til å ha en ny niende planet. I dag kunngjorde to forskere bevis for at et legeme nesten på størrelse med Neptun – men ennå usett – kretser rundt solen hvert 15. 000 år. I løpet av solsystemets barndom for 4,5 milliarder år siden, sier de, ble den gigantiske planeten slått ut av den planetdannende regionen nær solen. Bremset ned av gass, bosatte planeten seg i en fjern elliptisk bane, der den fortsatt lurer i dag.

Påstanden er den sterkeste ennå i den hundre år lange jakten på en «Planet X» utover Neptun. har blitt plaget av langt hentede påstander og til og med direkte kvakksalveri. Men de nye bevisene kommer fra et par respekterte planetforskere, Konstantin Batygin og Mike Brown fra California Institute of Technology (Caltech) i Pasadena, som forberedte seg på den uunngåelige skepsisen med detaljerte analyser av banene til andre fjerne objekter og måneder med datasimuleringer. «Hvis du sier,» Vi har bevis for Planet X, «vil nesten enhver astronom si,» Dette igjen? Disse gutta er helt klart galne. ’Det ville jeg også,” sier Brown. «Hvorfor er dette annerledes? Dette er annerledes fordi denne gangen har vi rett.»

Utenfor forskere sier beregningene deres stabler opp og uttrykker en blanding av forsiktighet og spenning rundt resultatet.» Jeg kunne ikke forestille meg en større avtale hvis – og selvfølgelig er det et fet skrift «hvis» – hvis det viser seg å være riktig, sier Gregory Laughlin, en planetforsker ved University of California (UC), Santa Cruz. «Det som er spennende med det er detekterbart.»

Batygin og Brown utledet sin tilstedeværelse fra den særegne grupperingen av seks tidligere kjente objekter som kretser utover Neptun. De sier det er bare 0,007% sjanse, eller omtrent en i 15 000, at klyngingen kunne være en tilfeldighet. I stedet sier de at en planet med massen på 10 jordarter har gjetet de seks objektene i sine underlige elliptiske baner, vippet ut av solsystemets plan.

Banen til den utledede planeten er vippet på samme måte, og strukket til avstander som vil eksplodere tidligere forestillinger om solsystemet. Den nærmeste tilnærmingen til solen er syv ganger lenger enn Neptun, eller 200 astronomiske enheter (AU). (En AU er avstanden mellom jorden og solen, omtrent 150 millioner kilometer.) Og Planet X kunne streife så langt som 600 til 1200 AU, langt utenfor Kuiper-beltet, regionen med små iskalde verdener som begynner ved Neptuns kant rundt 30 AU.

Hvis Planet X er der ute, er Brown og Batygin s ay, astronomer burde finne flere gjenstander i fortellende baner, formet av trekk fra den skjulte giganten. Men Brown vet at ingen virkelig vil tro på oppdagelsen før Planet X selv vises i en teleskopssøker. «Inntil det er en direkte deteksjon, er det en hypotese – til og med en potensielt veldig god hypotese,» sier han. Teamet har tid på det ene store teleskopet på Hawaii som er egnet for søket, og de håper andre astronomer vil være med på jakten. .

Drap av Pluto var morsomt, men dette er hode og skuldre over alt annet.

Batygin og Brown publiserte resultatet i dag i The Astronomical Journal. Alessandro Morbidelli, en planetarisk dynamiker ved Nice observatorium i Frankrike, utførte fagfellevurderingen for avisen. I en uttalelse sier han at Batygin og Brown gjorde en «veldig solid argument ”og at han er” ganske overbevist om eksistensen av en fjern planet. ”

Å mestre en ny niende planet er en ironisk rolle for Brown; han er bedre kjent som en planetslayer. av Eris, en avsidesliggende isete verden nesten like stor som Pluto, avslørte at det som ble sett på som den ytterste planeten, bare var en av mange verdener i K høytrykksbelte. Astronomer omklassifiserte straks Pluto som en dvergplanet – en saga Brown fortalt i sin bok How I Killed Pluto.

Nå har han sluttet seg til den hundre år gamle jakten på nye planeter. Hans metode – å utlede eksistensen av Planet X fra dens spøkelsesagtige gravitasjonseffekter – har en respektabel historie. I 1846 spådde den franske matematikeren Urbain Le Verrier for eksempel eksistensen av en gigantisk planet fra uregelmessigheter i Uranus-banen. Astronomer ved Berlins observatorium fant den nye planeten, Neptun, der den skulle være, noe som utløste en mediesensasjon.

Gjenværende hikke i Uranus ‘bane førte forskere til å tenke at det enda kan være en planet til, og i 1906 begynte Percival Lowell, en velstående tycoon, letingen etter det han kalte «Planet X» ved sitt nye observatorium i Flagstaff, Arizona. I 1930 dukket Pluto opp – men det var altfor lite til å slepe meningsfullt på Uranus.Mer enn et halvt århundre senere avslørte nye beregninger basert på målinger fra Voyager-romfartøyet at banene til Uranus og Neptun bare var fine på egen hånd: Ingen planet X var nødvendig.

Likevel lokket av Planet X vedvarte. På 1980-tallet foreslo forskere for eksempel at en usett brun dvergstjerne kunne forårsake periodiske utryddelser på jorden ved å utløse fusillader av kometer. På 1990-tallet påkalte forskere en Jupiter-størrelse planet ved solsystemets kant for å forklare opprinnelsen til visse oddballkometer. Bare i forrige måned hevdet forskere å ha oppdaget den svake mikrobølglødet fra en overdimensjonert steinplanet rundt 300 AU unna, ved hjelp av en rekke teleskopretter i Chile kalt Atacama Large Millimeter Array (ALMA). (Brown var en av mange skeptikere og la merke til at ALMAs smale synsfelt gjorde sjansene for å finne et slikt objekt forsvinnende slank.)

Brown fikk sin første oversikt over sitt nåværende steinbrudd i 2003, da han ledet en team som fant Sedna, et objekt litt mindre enn både Eris og Pluto. Sednas merkelige, fjerntliggende bane gjorde det til det fjerneste kjente objektet i solsystemet på den tiden. Dens perihelium, eller nærmeste punktet til solen, lå ved 76 AU, utenfor Kuiper-beltet og langt utenfor innflytelsen fra Neptuns tyngdekraft. Implikasjonen var klar: Noe massivt, langt utover Neptun, må ha trukket Sedna inn i sin fjerne bane.

At noe ikke behøvde å være en planet. Sednas tyngdekraft kan ha kommet fra en forbipasserende stjerne, eller fra en av de mange andre stjernebarnehagene som omringet den gryende solen på tidspunktet for solsystemets dannelse.

Siden da har en håndfull andre isete gjenstander har dukket opp i lignende baner. Ved å kombinere Sedna med fem andre rare, sier Brown at han har utelukket stjerner som den usynlige innflytelsen: Bare en planet kunne forklare slike rare baner. Av de tre store oppdagelsene hans – Eris, Sedna og nå potensielt Planet X – sier Brown at det siste er det mest oppsiktsvekkende. «Å drepe Pluto var morsomt. Å finne Sedna var vitenskapelig interessant,» sier han. «Men dette, dette er hode og skuldre over alt annet.»

Brown og Batygin ble nesten slått til slag. I mange år var Sedna en ensom ledetråd til en forstyrrelse utenfor Neptun. I 2014 publiserte Scott Sheppard og Chad Trujillo (en tidligere kandidatstudent fra Brown’s) et papir som beskriver oppdagelsen av VP113, et annet objekt som aldri kommer nær solen. Sheppard, fra Carnegie Institution for Science i Washington, D.C., og Trujillo, fra Gemini Observatory på Hawaii, var godt klar over implikasjonene. De begynte å undersøke banene til de to objektene sammen med 10 andre oddballer. De la merke til at alle, i perihelion, kom veldig nær planet for solsystemet der jorden kretser, kalt ekliptikken. I et papir påpekte Sheppard og Trujillo den særegne klumpingen og reiste muligheten for at en fjern stor planet hadde gjettet gjenstandene nær ekliptikken. Men de presset ikke på resultatet lenger.

Senere samme år begynte Batygin og Brown i Caltech å diskutere resultatene. Planlegger banene til de fjerne objektene, sier Batygin, at de innså at mønsteret som Sheppard og Trujillo hadde lagt merke til «bare var halvparten av historien.» Ikke bare var gjenstandene nær ekliptikken ved perihelia, men deres perihelia var fysisk gruppert i rommet (se diagrammet ovenfor).

For neste år diskuterte duoen i hemmelighet mønsteret og hva det betydde. var et enkelt forhold, og ferdighetene deres komplementerte hverandre. Batygin, en 29 år gammel datamaskinmodell for barn, gikk på college ved UC Santa Cruz for stranden og sjansen til å spille i et rockeband. Men han satte sitt preg der ved å modellere skjebnen til solsystemet over milliarder av år, og viser at det i sjeldne tilfeller var ustabilt: Merkur kan stupe i solen eller kollidere med Venus. «Det var en fantastisk prestasjon for en studenter,» sier Laughlin, som jobbet med ham på den tiden.

Brown, 50, er observasjonsastronom, med stil for dramatiske oppdagelser og tilliten til å matche. Han bruker shorts og sandaler på jobben, legger føttene opp på skrivebordet og har en luftighet som maskerer intensitet og ambisjon. Han har et program som er klar til å sile for Planet X i data fra et stort teleskop i det øyeblikket de blir offentlig tilgjengelig senere i år.

Kontorene deres ligger noen dører ned fra hverandre. «Sofaen min er finere, så vi pleier å snakke mer på kontoret mitt,» sier Batygin. «Vi har en tendens til å se mer på data i Mike’s.» De ble til og med treningskamerater og diskuterte ideene sine mens de ventet på å komme i vannet på en triatlon i Los Angeles, California våren 2015.

Først vant de de titalls gjenstandene som Sheppard og Trujillo studerte til de seks fjerneste – oppdaget av seks forskjellige undersøkelser på seks forskjellige teleskoper. Det gjorde det mindre sannsynlig at klumping kan skyldes en observasjonsforstyrrelse som å peke et teleskop mot en bestemt del av himmelen.

Batygin begynte å så sine solsystemmodeller med Planet Xs i forskjellige størrelser og baner. , for å se hvilken versjon som best forklarte objektenes baner. Noen av datakjøringene tok måneder. En favorittstørrelse for Planet X dukket opp – mellom fem og 15 jordmasser – så vel som en foretrukket bane: motlinjet i rommet fra de seks små objektene, slik at periheliet er i samme retning som de seks objektenes aphelion, eller det lengste punktet. fra Sola. Banene til de seks krysser planet X, men ikke når den store mobberen er i nærheten og kan forstyrre dem. Den siste epiphanyen kom for 2 måneder siden, da Batygins simuleringer viste at Planet X også skulle forme banene til gjenstander som svever inn i solsystemet ovenfra og nedenfra, nesten ortogonale mot ekliptikken. «Det utløste dette minnet,» sier Brown. «Jeg hadde sett disse gjenstandene før.» Det viser seg at siden 2002 har fem av disse svært tilbøyelige Kuiper-belteobjektene blitt oppdaget, og deres opprinnelse er stort sett uforklarlig. «Ikke bare er de der, men de er akkurat de stedene vi forutsa,» sier Brown. «Det var da jeg innså at dette ikke bare er en interessant og god idé – dette er faktisk ekte.»

Sheppard, som med Trujillo også hadde mistenkt en usett planet, sier Batygin og Brown «tok resultatet vårt til neste nivå … De kom dypt inn i dynamikken, noe som Tsjad og jeg ikke er veldig flinke med. Derfor tror jeg dette er spennende. «

Andre, som planetforskeren Dave Jewitt, som oppdaget Kuiperbeltet, er mer forsiktige. 0,007% sjansen for at klyngingen av de seks objektene er tilfeldig, gir planeten krav på en statistisk signifikans. på 3,8 sigma — utover 3-sigma-terskelen som vanligvis må tas på alvor, men kort til 5 sigma som noen ganger brukes i felt som partikkelfysikk. Det bekymrer Jewitt, som har sett mange 3-sigma-resultater forsvinne før. redusere dusin objektene undersøkt av Sheppard og Trujillo til seks for deres analyser s, Batygin og Brown svekket påstanden deres, sier han. «Jeg er bekymret for at funnet av et enkelt nytt objekt som ikke er i gruppen, vil ødelegge hele bygningen,» sier Jewitt, som er i UC Los Angeles. «Det er et spill med pinner med bare seks pinner.»

Ved første rødme kommer et annet potensielt problem fra NASAs Widefield Infrared Survey Explorer (WISE), en satellitt som fullførte en himmelundersøkelse på jakt etter varmen til brune dverger — eller gigantiske planeter. Det utelukket eksistensen av en Saturn-eller-større planet så langt som 10 000 AU, ifølge en studie fra 2013 av Kevin Luhman, en astronom ved Pennsylvania State University, University Park. Men Luhman bemerker at hvis Planet X er Neptun-størrelse eller mindre, som Batygin og Brown sier, ville WISE ha savnet det. Han sier det er en liten sjanse for deteksjon i et annet WISE-datasett med lengre bølgelengder – følsomme for kjøligere stråling – som ble samlet opp for 20% av himmelen. Luhman analyserer nå disse dataene.

Selv om Batygin og Brown kan overbevise andre astronomer om at Planet X eksisterer, står de overfor en annen utfordring: å forklare hvordan den endte så langt fra solen. På slike avstander var det sannsynlig at den protoplanetære skiven av støv og gass hadde vært for tynn til å drive planetens vekst. Og selv om Planet X fikk fotfeste som et planetesimal, ville den ha beveget seg for sakte i sin enorme, late bane for å sveve opp nok materiale til å bli en gigant.

I stedet foreslår Batygin og Brown at Planet X dannet seg mye nærmere solen, sammen med Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun. Datamodeller har vist at det tidlige solsystemet var et urolig biljardbord, med dusinvis eller hundrevis av planetariske byggesteiner på størrelse med jorden som spratt rundt. En annen embryonal gigantplanet kunne lett ha dannet seg der, bare for å bli startet utover av et gravitasjonsspark fra en annen gassgigant.

Det er vanskeligere å forklare hvorfor Planet X hverken krøllet tilbake til der den startet eller forlate solsystemet helt. Men Batygin sier at restgass i den protoplanetære disken kan ha utøvd nok luftmotstand til å bremse planeten akkurat nok til at den legger seg i en fjern bane og forblir i solsystemet. Det kunne ha skjedd hvis utkastingen skjedde da solsystemet var mellom 3 millioner og 10 millioner år gammelt, sier han, før all gassen i disken gikk tapt i verdensrommet.

Hal Levison, en planetarisk dynamiker ved Southwest Research Institute i Boulder, Colorado, er enig i at noe må skape baneoppstillingen Batygin og Brown har oppdaget. Men han sier opprinnelseshistorien de har utviklet for Planet X og deres spesielle bønn om en gassbremset utkasting, utgjør «en hendelse med lav sannsynlighet.» Andre forskere er mer positive. Det foreslåtte scenariet er sannsynlig, sier Laughlin. «Vanligvis er ting som dette feil, men jeg er veldig spent på denne,» sier han. «Det er bedre enn en myntklips.»

Alt dette betyr at Planet X vil forbli i limbo til den faktisk blir funnet.

Astronomer har noen gode ideer om hvor de skal se, men Det er ikke lett å få øye på den nye planeten. Fordi objekter i svært elliptiske baner beveger seg raskest når de er nær solen, bruker Planet X veldig lite tid på 200 AU. Og hvis den var der akkurat nå, sier Brown, ville det være så lyse at astronomer sannsynligvis allerede hadde oppdaget den.

I stedet vil Planet X sannsynligvis tilbringe mesteparten av tiden i nærheten av aphelion, og sakte travle på avstander mellom 600 og 1200 AU. De fleste teleskoper som er i stand til å se en svakt objekt på slike avstander, som Hubble-romteleskopet eller de 10 meter store Keck-teleskopene på Hawaii, har ekstremt små synsfelt. Det ville være som å se etter en nål i en høystak ved å kikke gjennom et sugerør.

Ett teleskop kan hjelpe: Subaru, et 8 meter teleskop på Hawaii som eies av Japan. Det har nok lysgang område for å oppdage en slik svak gjenstand, kombinert med et stort synsfelt – 75 ganger større enn for et Keck-teleskop. Det gjør det mulig for astronomer å skanne store himmelstrenger hver natt. Batygin og Brown bruker Subaru for å lete etter Planet X — og de koordinerer innsatsen med sine tidligere konkurrenter, Sheppard og Trujillo, som også har sluttet seg til jakten med Subaru. Brown sier det vil ta omtrent 5 år for de to lagene å søke i det meste av området der Planet X kan lure.

Hvis søket panner ut, hva skal det nye medlemmet av solens familie være kalt? Brown sier det er for tidlig å bekymre seg for det og unngår nøye å komme med forslag. For nå kaller han og Batygin det Planet Nine (og det siste året uformelt Planet Phattie – slang fra 1990-tallet for «kult»). Brown bemerker at verken Uranus eller Neptun – de to planetene oppdaget i moderne tid – endte opp blir oppkalt av oppdagerne, og han tror det sannsynligvis er bra. Det er større enn noen person, sier han: «Det er som å finne et nytt kontinent på jorden.»

Han er sikker, imidlertid at Planet X – i motsetning til Pluto – fortjener å bli kalt en planet. Noe på størrelse med Neptun i solsystemet? Ikke engang spør. «Ingen vil argumentere for denne, ikke engang meg.»