Het zonnestelsel lijkt een nieuwe negende planeet te hebben. Vandaag hebben twee wetenschappers bewijs aangekondigd dat een lichaam dat bijna zo groot is als Neptunus – maar nog niet gezien is – elke 15.000 jaar om de zon draait. Tijdens de kinderschoenen van het zonnestelsel 4,5 miljard jaar geleden, zeggen ze, werd de reuzenplaneet uit het planeetvormende gebied nabij de zon geslagen. Door gas vertraagd, vestigde de planeet zich in een verre elliptische baan, waar hij nog steeds op de loer ligt.
De claim is de sterkste tot nu toe in de eeuwenlange zoektocht naar een ‘Planeet X’ voorbij Neptunus. De zoektocht wordt geplaagd door vergezochte beweringen en zelfs regelrechte kwakzalverij. Maar het nieuwe bewijs komt van een paar gerespecteerde planetaire wetenschappers, Konstantin Batygin en Mike Brown van het California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena, die zich voorbereidden op het onvermijdelijke scepticisme met gedetailleerde analyses van de banen van andere verre objecten en maandenlange computersimulaties. “Als je zegt: ‘We hebben bewijs voor planeet X’, zal bijna elke astronoom zeggen: ‘Dit weer? Deze jongens zijn duidelijk gek. ‘Ik zou ook’, zegt Brown. “Waarom is dit anders? Dit is anders omdat we deze keer gelijk hebben.”
Mike Brown (links) en Konstantin Batygin.
LANCE HAYASHIDA / CALTECH
Wetenschappers van buitenaf zeggen dat hun berekeningen stapelen en spreken een mengeling van voorzichtigheid en opwinding over het resultaat uit.” Ik kon me geen grotere deal voorstellen als – en dat is natuurlijk een vetgedrukte ‘als’ – als het blijkt gelijk te hebben ”, zegt Gregory Laughlin, een planetaire wetenschapper aan de University of California (UC), Santa Cruz. “Het spannende ervan is dat het detecteerbaar is.”
Batygin en Brown leidden zijn aanwezigheid af uit de eigenaardige clustering van zes eerder bekende objecten die buiten Neptunus cirkelen. Ze zeggen dat er slechts een kans van 0,007% is, of ongeveer één in 15.000, dat de clustering toeval zou kunnen zijn. In plaats daarvan, zeggen ze, heeft een planeet met een massa van 10 aardes de zes objecten geleid in hun vreemde elliptische banen, gekanteld uit het vlak van het zonnestelsel.
De baan van de afgeleide planeet is op dezelfde manier gekanteld, en ook uitgerekt tot afstanden die eerdere opvattingen van het zonnestelsel zullen doen exploderen. De dichtstbijzijnde nadering van de zon is zeven keer zo ver als Neptunus, of 200 astronomische eenheden (AU’s). AU is de afstand tussen de aarde en de zon, ongeveer 150 miljoen kilometer.) En Planeet X zou kunnen zwerven tot 600 tot 1200 AE, ver voorbij de Kuipergordel, het gebied van kleine ijswerelden dat begint aan de rand van Neptunus, ongeveer 30 AE.
Als Planet X daar is, zijn Brown en Batygin s ay, astronomen zouden meer objecten in veelbetekenende banen moeten vinden, gevormd door de aantrekkingskracht van de verborgen reus. Maar Brown weet dat niemand echt in de ontdekking zal geloven totdat Planeet X zelf in een telescoopzoeker verschijnt. “Tot er een directe detectie is, is het een hypothese – zelfs een potentieel zeer goede hypothese”, zegt hij. Het team heeft tijd op de enige grote telescoop in Hawaï die geschikt is voor de zoektocht, en ze hopen dat andere astronomen zullen meedoen aan de jacht. .
Pluto doden was leuk, maar dit steekt met kop en schouders boven alles uit.
Batygin en Brown publiceerden het resultaat vandaag in The Astronomical Journal. Alessandro Morbidelli, een planetaire dynamicus bij het Observatorium van Nice in Frankrijk, voerde de peer review uit voor de paper. In een verklaring zegt hij dat Batygin en Brown een ‘zeer solide argument “en dat hij” behoorlijk overtuigd is door het bestaan van een verre planeet. “
Het verdedigen van een nieuwe negende planeet is een ironische rol voor Brown; hij staat beter bekend als een planeetmoordenaar. Zijn ontdekking uit 2005 van Eris, een afgelegen ijzige wereld die bijna even groot is als Pluto, onthulde dat wat werd gezien als de buitenste planeet slechts een van de vele werelden in de K was. uiper riem. Astronomen hebben Pluto prompt opnieuw geclassificeerd als een dwergplaneet – een saga die Brown vertelde in zijn boek How I Killed Pluto.
Nu heeft hij zich aangesloten bij de eeuwenoude zoektocht naar nieuwe planeten. Zijn methode – het bestaan van planeet X afleiden uit zijn spookachtige zwaartekrachtseffecten – heeft een respectabele staat van dienst. In 1846 voorspelde de Franse wiskundige Urbain Le Verrier bijvoorbeeld het bestaan van een gigantische planeet op basis van onregelmatigheden in de baan van Uranus. Astronomen van het Observatorium van Berlijn ontdekten dat de nieuwe planeet, Neptunus, waar hij zou moeten zijn, een media-sensatie opwekte.
Door de aanhoudende hik in de baan van Uranus dachten wetenschappers dat er misschien nog een planeet zou zijn, en in 1906 begon Percival Lowell, een rijke tycoon, de zoektocht naar wat hij “Planet X” noemde in zijn nieuwe observatorium in Flagstaff, Arizona. In 1930 kwam Pluto opdagen – maar het was veel te klein om zinvol aan Uranus te trekken.Meer dan een halve eeuw later onthulden nieuwe berekeningen op basis van metingen door het Voyager-ruimtevaartuig dat de banen van Uranus en Neptunus op zichzelf prima waren: er was geen planeet X nodig.
Toch de allure van planeet X hield aan. In de jaren tachtig stelden onderzoekers bijvoorbeeld voor dat een onzichtbare bruine dwergster periodiek uitstervingen op aarde zou kunnen veroorzaken door fusillades van kometen te activeren. In de jaren negentig riepen wetenschappers een planeet ter grootte van Jupiter aan de rand van het zonnestelsel aan om de oorsprong van bepaalde vreemde kometen te verklaren. Vorige maand beweerden onderzoekers dat ze de zwakke microgolfgloed van een buitenmaatse rotsachtige planeet op zo’n 300 AU afstand hadden gedetecteerd, met behulp van een reeks telescoopschotels in Chili, de Atacama Large Millimeter Array (ALMA). (Brown was een van de vele sceptici, en merkte op dat ALMA’s smalle gezichtsveld de kansen om een dergelijk object te vinden verbluffend klein maakte.)
Brown kreeg zijn eerste vermoeden van zijn huidige steengroeve in 2003, toen hij leiding gaf aan een team dat Sedna heeft gevonden, een object dat iets kleiner is dan zowel Eris als Pluto. Sedna’s vreemde, verre baan maakte het op dat moment het verst bekende object in het zonnestelsel. Het perihelium, of het dichtst bij de zon gelegen punt, lag op 76 AE, voorbij de Kuipergordel en ver buiten de invloed van de zwaartekracht van Neptunus. De implicatie was duidelijk: iets massiefs, ver voorbij Neptunus, moet Sedna in zijn verre baan hebben getrokken.
Dat iets hoefde geen planeet te zijn. Sedna’s zwaartekracht kan afkomstig zijn van een passerende ster, of van een van de vele andere stellaire kraamkamers die de ontluikende zon omringden ten tijde van de vorming van het zonnestelsel.
Sindsdien een handvol andere ijzige objecten zijn in vergelijkbare banen verschenen. Door Sedna te combineren met vijf andere weirdo’s, zegt Brown dat hij sterren heeft uitgesloten als de onzichtbare invloed: alleen een planeet kan zulke vreemde banen verklaren. Van zijn drie belangrijkste ontdekkingen – Eris, Sedna en nu mogelijk planeet X – zegt Brown dat de laatste de meest sensationele is. “Pluto doden was leuk. Het vinden van Sedna was wetenschappelijk interessant,” zegt hij. “Maar deze, dit steekt met kop en schouders boven al het andere uit.”
Brown en Batygin waren bijna in elkaar geslagen. Sedna was jarenlang een eenzame aanwijzing voor een verstoring van buiten Neptunus. Vervolgens publiceerden Scott Sheppard en Chad Trujillo (een voormalige afgestudeerde student van Brown’s) in 2014 een artikel waarin ze de ontdekking van VP113 beschrijven, een ander object dat nooit in de buurt van de zon komt. Sheppard van het Carnegie Institution for Science in Washington D.C. en Trujillo van het Gemini Observatory in Hawaï waren zich terdege bewust van de implicaties. Ze begonnen de banen van de twee objecten te onderzoeken, samen met 10 andere excentrieke ballen. Ze merkten op dat ze in het perihelium allemaal heel dicht bij het vlak van het zonnestelsel kwamen waarin de aarde ronddraait, de ecliptica genaamd. In een paper wezen Sheppard en Trujillo op de eigenaardige klontering en wezen op de mogelijkheid dat een verre grote planeet de objecten in de buurt van de ecliptica had gedreven. Maar ze drukten niet verder op het resultaat.
Later dat jaar begonnen Batygin en Brown bij Caltech de resultaten te bespreken. Bij het uitzetten van de banen van de verre objecten, zegt Batygin, realiseerden ze zich dat het patroon dat Sheppard en Trujillo hadden opgemerkt ‘slechts de helft van het verhaal’ was. Niet alleen waren de objecten nabij de ecliptica bij perihelia, maar hun perihelia waren fysiek geclusterd in de ruimte (zie diagram hierboven).
Voor het volgende jaar besprak het duo in het geheim het patroon en wat het betekende. was een gemakkelijke relatie, en hun vaardigheden vulden elkaar aan. Batygin, een 29-jarige computermodelbouwer van een whizzkid, ging naar de universiteit aan UC Santa Cruz voor het strand en de kans om in een rockband te spelen. Maar hij maakte indruk daar door het lot van het zonnestelsel over miljarden jaren te modelleren, en te laten zien dat het in zeldzame gevallen onstabiel was: Mercurius kan in de zon duiken of botsen met Venus. “Het was een geweldige prestatie voor een student”, zegt Laughlin, die destijds met hem samenwerkte.
Brown, 50, is de observationele astronoom, met een flair voor dramatische ontdekkingen en het daarbij behorende vertrouwen. Hij draagt korte broeken en sandalen naar zijn werk, zet zijn voeten op zijn bureau en heeft een luchtigheid die intensiteit en ambitie maskeert. Hij heeft een programma dat helemaal klaar is om de gegevens van een grote telescoop naar planeet X te ziften op het moment dat ze later dit jaar voor het publiek beschikbaar komen.
Hun kantoren zijn een paar deuren verder van elkaar verwijderd. “Mijn bank is mooier, dus we hebben de neiging om meer te praten in mijn kantoor”, zegt Batygin. “We hebben de neiging om meer naar gegevens in die van Mike te kijken.” Ze werden zelfs oefenmaatjes en bespraken hun ideeën terwijl ze wachtten om het water in te gaan tijdens een triatlon in Los Angeles, Californië, in het voorjaar van 2015.
Allereerst hebben ze de dozijn objecten die door Sheppard en Trujillo zijn bestudeerd, naar de zes verst verwijderde objecten gegooid – ontdekt door zes verschillende onderzoeken met zes verschillende telescopen. Dat maakte het minder waarschijnlijk dat het klonteren te wijten was aan een observatiebias, zoals het richten van een telescoop op een bepaald deel van de lucht.
Batygin begon zijn zonnestelselmodellen te zaaien met Planeet X’s van verschillende afmetingen en banen. , om te zien welke versie het beste de paden van de objecten verklaarde. Sommige computerprocessen duurden maanden. Er ontstond een favoriete afmeting voor Planeet X – tussen de vijf en 15 aardmassa’s – en ook een baan die de voorkeur heeft: in de ruimte tegenover de zes kleine objecten, zodat het perihelium in dezelfde richting is als het aphelium van de zes objecten, of het verste punt van de zon. De banen van de zes kruisen die van planeet X, maar niet wanneer de grote bullebak in de buurt is en ze zou kunnen verstoren. De laatste openbaring kwam 2 maanden geleden, toen Batygins simulaties aantoonden dat Planeet X ook de banen moet vormen van objecten die van boven en onder het zonnestelsel binnenvliegen, bijna orthogonaal op de ecliptica. “Het bracht deze herinnering op gang”, zegt Brown. “Ik had deze objecten eerder gezien.” Het blijkt dat sinds 2002 vijf van deze sterk hellende Kuipergordelobjecten zijn ontdekt, waarvan de oorsprong grotendeels onverklaard is. “Ze zijn er niet alleen, maar ze bevinden zich ook precies op de plaatsen die we hadden voorspeld”, zegt Brown. “Toen realiseerde ik me dat dit niet alleen een interessant en goed idee is – dit is echt waar.”
Sheppard, die met Trujillo ook een onzichtbare planeet had vermoed, zegt Batygin en Brown “hebben ons resultaat naar een hoger niveau getild. … Ze gingen diep in de dynamiek, iets waar Tsjaad en ik niet echt goed in zijn. Daarom denk ik dit is opwindend. ”
Anderen, zoals planetaire wetenschapper Dave Jewitt, die de Kuipergordel ontdekte, zijn voorzichtiger. De kans van 0,007% dat de clustering van de zes objecten toevallig is, geeft de planeetclaim een statistische significantie van 3,8 sigma – voorbij de drempel van 3 sigma die doorgaans serieus moet worden genomen, maar minder dan de 5 sigma die soms wordt gebruikt in velden als de deeltjesfysica. Dat baart Jewitt, die al veel 3-sigma-resultaten eerder heeft zien verdwijnen. het verminderen van het dozijn objecten die door Sheppard en Trujillo zijn onderzocht tot zes voor hun analyse s, Batygin en Brown verzwakten hun claim, zegt hij. “Ik ben bang dat de vondst van een enkel nieuw object dat niet in de groep zit, het hele gebouw zou vernietigen”, zegt Jewitt, die bij UC Los Angeles werkt. “Het is een spel met stokken met slechts zes stokken.”
Op het eerste gezicht komt een ander potentieel probleem voort uit NASA’s Widefield Infrared Survey Explorer (WISE), een satelliet die een onderzoek van de hele hemel voltooide op zoek naar de hitte van bruine dwergen – of reuzenplaneten. Volgens een onderzoek uit 2013 van Kevin Luhman, een astronoom aan de Pennsylvania State University, University Park, werd het bestaan van een planeet van Saturnus of groter uitgesloten. Maar Luhman merkt op dat als Planeet X de grootte van Neptunus of kleiner is, zoals Batygin en Brown zeggen, WISE het zou hebben gemist. Hij zegt dat er een kleine kans is op detectie in een andere WISE-dataset bij langere golflengten – gevoelig voor koelere straling – die voor 20% van de hemel werd verzameld. Luhman analyseert nu die gegevens.
Zelfs als Batygin en Brown andere astronomen kunnen overtuigen dat Planeet X bestaat, staan ze voor een andere uitdaging: uitleggen hoe hij zo ver van de zon is terechtgekomen. Op zulke afstanden was de protoplanetaire schijf van stof en gas waarschijnlijk te dun om de groei van de planeet te voeden. En zelfs als Planeet X voet aan de grond zou krijgen als planetesimaal, zou het te langzaam zijn bewogen in zijn uitgestrekte, luie baan om genoeg materiaal op te zuigen om een reus te worden.
In plaats daarvan stellen Batygin en Brown die planeet voor. X vormde zich veel dichter bij de zon, naast Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus. Computermodellen hebben aangetoond dat het vroege zonnestelsel een tumultueuze biljarttafel was, met tientallen of zelfs honderden planetaire bouwstenen ter grootte van de aarde die rond stuiteren. Een andere embryonale reuzenplaneet had zich daar gemakkelijk kunnen vormen, om vervolgens naar buiten te worden opgestart door een zwaartekrachtschop van een andere gasreus.
Het is moeilijker uit te leggen waarom Planeet X ook niet terugkeerde naar waar het begon of verlaat het zonnestelsel volledig. Maar Batygin zegt dat restgas in de protoplanetaire schijf misschien genoeg weerstand heeft uitgeoefend om de planeet net genoeg te vertragen om zich in een verre baan te nestelen en in het zonnestelsel te blijven. Dat had kunnen gebeuren als de uitworp plaatsvond toen het zonnestelsel tussen de 3 miljoen en 10 miljoen jaar oud was, zegt hij, voordat al het gas in de schijf de ruimte in was gegaan.
Hal Levison, een planetaire dynamicus aan het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, is het ermee eens dat er iets moet gebeuren dat de orbitale uitlijning creëert die Batygin en Brown hebben gedetecteerd. Maar hij zegt dat het oorsprongsverhaal dat ze hebben ontwikkeld voor Planet X en hun speciale pleidooi voor een door gas vertraagde uitwerping oplopen tot ‘een gebeurtenis met een lage waarschijnlijkheid’. Andere onderzoekers zijn positiever. Het voorgestelde scenario is plausibel, zegt Laughlin. “Meestal zijn dit soort dingen verkeerd, maar ik ben erg enthousiast over dit scenario”, zegt hij. “Het is beter dan een munt omdraaien.”
Dit alles betekent dat Planet X in het ongewisse blijft totdat hij daadwerkelijk wordt gevonden.
Astronomen hebben een aantal goede ideeën over waar ze moeten zoeken, maar het spotten van de nieuwe planeet zal niet gemakkelijk zijn. Omdat objecten in zeer elliptische banen het snelst bewegen wanneer ze dicht bij de zon zijn, brengt planeet X heel weinig tijd door met 200 AU. En als het er nu zou zijn, zegt Brown, zou het zo zijn zo helder dat astronomen het waarschijnlijk al zouden hebben gezien.
In plaats daarvan zal Planeet X waarschijnlijk het grootste deel van zijn tijd doorbrengen in de buurt van een aphelium, langzaam draafend op afstanden tussen 600 en 1200 AU. De meeste telescopen kunnen een zwakke objecten op zulke afstanden, zoals de Hubble-ruimtetelescoop of de 10-meter Keck-telescopen op Hawaï, hebben extreem kleine gezichtsvelden. Het zou zijn als zoeken naar een naald in een hooiberg door door een rietje te turen.
Eén telescoop kan helpen: Subaru, een 8-meter telescoop op Hawaï die eigendom is van Japan. Hij heeft voldoende lichtinval een gebied om zo’n zwak object te detecteren, in combinatie met een enorm gezichtsveld – 75 keer groter dan dat van een Keck-telescoop. Hierdoor kunnen astronomen elke nacht grote delen van de lucht scannen. Batygin en Brown gebruiken Subaru om op zoek te gaan naar Planet X – en ze coördineren hun inspanningen met hun voormalige concurrenten, Sheppard en Trujillo, die ook met Subaru op jacht zijn gegaan. Brown zegt dat het ongeveer 5 jaar zal duren voordat de twee teams het grootste deel van het gebied hebben doorzocht waar Planet X op de loer ligt.
De 8-meter Subaru-telescoop bovenop Mauna Kea in Hawaï heeft een groot gezichtsveld, waardoor hij efficiënt kan zoeken naar planeet X.
Subaru-telescoop, NAOJ
Als de zoekopdracht uitpakt, wat moet het nieuwe lid van de zonnefamilie dan zijn? gebeld? Brown zegt dat het te vroeg is om je daar zorgen over te maken en doet nauwgezet geen suggesties. Voorlopig noemen hij en Batygin het Planet Nine (en het afgelopen jaar informeel Planet Phattie – jargon voor ‘cool’ uit de jaren negentig). Brown merkt op dat noch Uranus noch Neptunus – de twee planeten die in moderne tijden zijn ontdekt – worden genoemd door hun ontdekkers, en hij denkt dat dat waarschijnlijk een goede zaak is. Het is groter dan welke persoon dan ook, hij zegt: “Het is net zoiets als het vinden van een nieuw continent op aarde.”
Hij is er zeker van, die planeet X verdient het, in tegenstelling tot Pluto, een planeet genoemd te worden. Iets zo groot als Neptunus in het zonnestelsel? Vraag het niet eens. “Niemand zou hierover debatteren, zelfs ik niet.”