Astronomowie twierdzą, że planeta rozmiarów Neptuna czai się za Plutonem

Zewnętrzni naukowcy twierdzą, że ich obliczenia nakładają się na siebie i wyrażają mieszankę ostrożności i podekscytowania wynikiem. okazuje się mieć rację ”- mówi Gregory Laughlin, planetolog z University of California (UC) w Santa Cruz. „To, co w nim jest ekscytujące, jest wykrywalne”.

Batygin i Brown wywnioskowali o jego obecności na podstawie osobliwego skupienia sześciu wcześniej znanych obiektów krążących poza Neptunem. Mówią, że jest tylko 0,007% szansy, czyli około jednego w 15 000, że skupianie się może być zbiegiem okoliczności. Zamiast tego, jak mówią, planeta o masie 10 Ziem wprowadziła sześć obiektów na ich dziwne eliptyczne orbity, wychylone z płaszczyzny Układu Słonecznego.

Orbita wnioskowanej planety jest podobnie nachylona, a także rozciągnięta do odległości, które spowodują eksplozję poprzednich koncepcji Układu Słonecznego. Jej najbliższe zbliżenie do Słońca jest siedem razy dalej niż Neptun, czyli 200 jednostek astronomicznych (AU). (An AU to odległość między Ziemią a Słońcem, około 150 milionów kilometrów.) A Planeta X może wędrować na odległość od 600 do 1200 AU, daleko poza pasem Kuipera, regionem małych lodowych światów, który zaczyna się na krawędzi Neptuna około 30 jednostek astronomicznych.

Jeśli planeta X tam jest, Brown i Batygin tak, astronomowie powinni znaleźć więcej obiektów na charakterystycznych orbitach, ukształtowanych przez przyciąganie ukrytego olbrzyma. Ale Brown wie, że nikt naprawdę nie uwierzy w odkrycie, dopóki sama Planeta X nie pojawi się w wizjerze teleskopu. „Dopóki nie nastąpi bezpośrednie wykrycie, jest to hipoteza – nawet potencjalnie bardzo dobra hipoteza” – mówi. Zespół ma czas na jeden duży teleskop na Hawajach, który nadaje się do poszukiwań, i ma nadzieję, że inni astronomowie przyłączą się do polowania .

Zabicie Plutona było fajne, ale to głowa i ramiona ponad wszystko inne.

Batygin i Brown opublikowali dzisiaj wyniki w The Astronomical Journal. Alessandro Morbidelli, planetarny dynamista z Nice Observatory we Francji, dokonał wzajemnej recenzji artykułu. W oświadczeniu Batygin i Brown poczynili „bardzo solidne argumenty ”i że jest on„ całkiem przekonany o istnieniu odległej planety ”.

Opanowanie nowej dziewiątej planety to ironiczna rola Browna; jest on lepiej znany jako pogromca planet. Jego odkrycie z 2005 roku Eris, odległego, lodowego świata prawie tego samego rozmiaru co Pluton, ujawnił, że to, co było postrzegane jako najbardziej zewnętrzna planeta, było tylko jednym z wielu światów w K pasek górny. Astronomowie szybko zmienili klasyfikację Plutona na planetę karłowatą – saga, którą Brown opisał w swojej książce Jak zabiłem Plutona.

Teraz dołączył do trwających od wieków poszukiwań nowych planet. Jego metoda – wnioskowanie o istnieniu Planety X na podstawie jej upiornych efektów grawitacyjnych – ma przyzwoite osiągnięcia. Na przykład w 1846 r. Francuski matematyk Urbain Le Verrier przewidział istnienie gigantycznej planety na podstawie nieregularności orbity Urana. Astronomowie z Obserwatorium w Berlinie odkryli nową planetę, Neptuna, tam, gdzie miała być, wywołując sensację medialną.

Pozostałe czkawki na orbicie Urana doprowadziły naukowców do przypuszczenia, że może być jeszcze jedna planeta, i W 1906 roku Percival Lowell, bogaty potentat, rozpoczął poszukiwania czegoś, co nazwał „Planetą X” w swoim nowym obserwatorium w Flagstaff w Arizonie. W 1930 roku pojawił się Pluton – ale okazał się on zbyt mały, aby znacząco holować Urana.Ponad pół wieku później nowe obliczenia oparte na pomiarach przeprowadzonych przez sondę kosmiczną Voyager ujawniły, że orbity Urana i Neptuna same w sobie są w porządku: żadna Planeta X nie była potrzebna.

Jednak urok Planety X trwała. Na przykład w latach 80. XX wieku naukowcy zaproponowali, że niewidoczny brązowy karł może powodować okresowe wyginięcia na Ziemi, wywołując wybuchy komet. W latach 90. naukowcy powołali się na planetę wielkości Jowisza na skraju Układu Słonecznego, aby wyjaśnić pochodzenie niektórych dziwacznych komet. Zaledwie w zeszłym miesiącu naukowcy twierdzili, że wykryli słaby blask mikrofalowy ogromnej skalistej planety oddalonej o około 300 jednostek astronomicznych, używając szeregu czasz teleskopów w Chile, zwanych Atacama Large Millimeter Array (ALMA). (Brown był jednym z wielu sceptyków, zauważając, że wąskie pole widzenia ALMA sprawia, że szanse na znalezienie takiego obiektu znikają znikomo.)

Brown po raz pierwszy pomyślał o swoim obecnym kamieniołomie w 2003 roku, kiedy prowadził zespół, który znalazł Sednę, obiekt nieco mniejszy od Eris i Plutona. Dziwna, rozległa orbita Sedny uczyniła z niej wówczas najbardziej odległy znany obiekt w Układzie Słonecznym. Jego peryhelium, czyli najbliższy punkt Słońca, leżało na 76 AU, za pasem Kuipera i daleko poza wpływem grawitacji Neptuna. Wniosek był jasny: coś masywnego, daleko poza Neptunem, musiało wciągnąć Sednę na jej odległą orbitę.

Że coś nie musi być planetą. Grawitacyjny impuls Sedny mógł pochodzić od przechodzącej gwiazdy lub jednego z wielu innych gwiezdnych żłobków, które otaczały rodzące się słońce w czasie formowania się Układu Słonecznego.

Od tego czasu kilka innych lodowych obiektów pojawiły się na podobnych orbitach. Łącząc Sednę z pięcioma innymi dziwakami, Brown twierdzi, że wykluczył gwiazdy jako niewidoczny wpływ: tylko planeta może wyjaśnić takie dziwne orbity. Ze swoich trzech głównych odkryć – Eris, Sedna i teraz, potencjalnie, Planeta X – Brown twierdzi, że to ostatnie jest najbardziej sensacyjne. „Zabijanie Plutona było zabawne. Znalezienie Sedny było interesujące z naukowego punktu widzenia” – mówi. „Ale ten, to głowa i ramiona ponad wszystko inne.”

Brown i Batygin zostali prawie pobici. Przez lata Sedna była jedyną wskazówką co do perturbacji spoza Neptuna. Następnie w 2014 roku Scott Sheppard i Chad Trujillo (były absolwent Brown’s) opublikowali artykuł opisujący odkrycie VP113, kolejnego obiektu, który nigdy nie zbliża się do Słońca. Sheppard z Carnegie Institution for Science w Waszyngtonie i Trujillo z Gemini Observatory na Hawajach doskonale zdawali sobie sprawę z konsekwencji. Zaczęli badać orbity obu obiektów wraz z 10 innymi dziwakami. Zauważyli, że w peryhelium wszyscy zbliżyli się do płaszczyzny Układu Słonecznego, w której krąży Ziemia, zwanej ekliptyką. W artykule Sheppard i Trujillo wskazali na osobliwe skupienie i podnieśli możliwość, że odległa duża planeta zagarnęła obiekty w pobliżu ekliptyki. Ale nie nacisnęli dalej na wynik.

Jeszcze tego samego roku w Caltech Batygin i Brown zaczęli omawiać wyniki. Batygin mówi, że kreśląc orbity odległych obiektów, zdali sobie sprawę, że wzór, który zauważyli Sheppard i Trujillo, to tylko połowa historii. Obiekty znajdowały się nie tylko w pobliżu ekliptyki w peryheliach, ale także ich peryhelium były fizycznie skupione w przestrzeni (patrz diagram powyżej).

Przez następny rok duet potajemnie dyskutował o wzorze i jego znaczeniu. był łatwym związkiem, a ich umiejętności uzupełniały się nawzajem. Batygin, 29-letni, świetny modelarz komputerowy dla dzieciaków, poszedł do college’u na UC Santa Cruz na plażę i szansę zagrania w zespole rockowym. Ale odcisnął piętno tam, modelując losy Układu Słonecznego na przestrzeni miliardów lat, pokazując, że w rzadkich przypadkach był on niestabilny: Merkury może zanurzyć się w słońcu lub zderzyć z Wenus. „To było niesamowite osiągnięcie dla studenta” – mówi Laughlin, który wtedy z nim pracował.

Brown, lat 50, jest astronomem obserwującym, z talentem do dramatycznych odkryć i pewnością siebie. Do pracy nosi szorty i sandały, stawia stopy na biurku i ma powiew, który maskuje intensywność i ambicję. Ma program do przeszukiwania Planety X w danych z dużego teleskopu w momencie, gdy staną się one publicznie dostępne pod koniec tego roku.

Ich biura znajdują się kilka drzwi od siebie. „Moja kanapa jest ładniejsza, więc częściej rozmawiamy w moim biurze” – mówi Batygin. „Zwykle bardziej przyglądamy się danym z Mike’a”. Zaprzyjaźnili się nawet z ćwiczeniami i dyskutowali o swoich pomysłach, czekając na wejście do wody na triathlonie w Los Angeles w Kalifornii wiosną 2015 roku.

Najpierw przesiewali kilkanaście obiektów zbadanych przez Shepparda i Trujillo do sześciu najbardziej odległych – odkrytych przez sześć różnych przeglądów na sześciu różnych teleskopach. To zmniejszyło prawdopodobieństwo, że zlepianie może być spowodowane błędem obserwacji, takim jak skierowanie teleskopu na określoną część nieba.

Batygin zaczął wysiewać swoje modele Układu Słonecznego planetami X o różnych rozmiarach i orbitach. , aby zobaczyć, która wersja najlepiej wyjaśnia ścieżki obiektów. Niektóre z uruchomień komputera trwały miesiące. Pojawił się preferowany rozmiar planety X – od pięciu do 15 mas Ziemi – a także preferowana orbita: antyialigacja w przestrzeni z sześciu małych obiektów, tak że jej peryhelium jest w tym samym kierunku, co aphelium sześciu obiektów lub najdalszy punkt ze słońca. Orbity szóstki przecinają orbity Planety X, ale nie wtedy, gdy wielki łobuz jest w pobliżu i może je zakłócić. Ostatnie objawienie nastąpiło 2 miesiące temu, kiedy symulacje Batygina pokazały, że Planeta X powinna również wyrzeźbić orbity obiektów, które wlatują do Układu Słonecznego z góry iz dołu, prawie prostopadle do ekliptyki. „To zapoczątkowało to wspomnienie” – mówi Brown – „Widziałem już te obiekty”. Okazuje się, że od 2002 roku odkryto pięć z tych silnie nachylonych obiektów pasa Kuipera, a ich pochodzenie jest w dużej mierze niewyjaśnione. „Nie tylko tam są, ale są dokładnie w miejscach, które przewidzieliśmy” – mówi Brown. „Wtedy zdałem sobie sprawę, że to nie jest tylko interesujący i dobry pomysł – to jest rzeczywiście realne”.

Sheppard, który z Trujillo również podejrzewał niewidzialną planetę, mówi Batygin i Brown „przenieśli nasz wynik na wyższy poziom.… Głęboko wniknęli w dynamikę, coś, z czym Chad i ja nie jesteśmy zbyt dobrzy. Dlatego myślę, że to ekscytujące. ”

Inni, jak planetolog Dave Jewitt, który odkrył pas Kuipera, są bardziej ostrożni. 0,007% szansy, że skupienie sześciu obiektów jest przypadkowe, nadaje planecie znaczenie statystyczne 3,8 sigma – powyżej progu 3-sigma, który zwykle wymaga poważnego potraktowania, ale jest mniejszy niż 5 sigma, który jest czasami używany w dziedzinach takich jak fizyka cząstek elementarnych. To martwi Jewitta, który widział już wiele wyników 3-sigma. zredukowanie tuzina obiektów zbadanych przez Shepparda i Trujillo do sześciu w celu ich analizy s, Batygin i Brown osłabili swoje roszczenia, mówi. „Martwię się, że znalezienie pojedynczego nowego obiektu, którego nie ma w grupie, zniszczyłoby całą budowlę” – mówi Jewitt z UC Los Angeles. „To gra w kije z tylko sześcioma patykami”.

Na pierwszy rzut oka kolejny potencjalny problem pochodzi z NASA Widefield Infrared Survey Explorer (WISE), satelita, który ukończył badanie całego nieba w poszukiwaniu ciepła brązowych karłów lub planet olbrzymów. Zgodnie z badaniami przeprowadzonymi w 2013 roku przez Kevina Luhmana, astronoma z Pennsylvania State University w University Park, wykluczyła istnienie Saturna lub większej planety. Ale Luhman zauważa, że gdyby Planeta X była wielkości Neptuna lub mniejsza, jak mówią Batygin i Brown, WISE by to przeoczył. Mówi, że istnieje niewielka szansa na wykrycie w innym zestawie danych WISE przy dłuższych długościach fal – wrażliwych na chłodniejsze promieniowanie – które zostały zebrane dla 20% nieba. Luhman analizuje teraz te dane.

Nawet jeśli Batygin i Brown mogą przekonać innych astronomów, że Planeta X istnieje, stoją przed kolejnym wyzwaniem: wyjaśnieniem, w jaki sposób znalazła się tak daleko od Słońca. Na takich odległościach protoplanetarny dysk pyłu i gazu był prawdopodobnie zbyt cienki, aby napędzać wzrost planety. A nawet gdyby Planeta X zyskała przyczółek jako planetozymal, poruszałaby się zbyt wolno po swojej rozległej, leniwej orbicie, aby zebrać wystarczająco dużo materiału, aby stać się gigantem.

Zamiast tego Batygin i Brown proponują, że Planeta X uformował się znacznie bliżej Słońca, obok Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. Modele komputerowe wykazały, że wczesny Układ Słoneczny był burzliwym stołem bilardowym, w którym odbijały się dziesiątki, a nawet setki planetarnych cegiełek wielkości Ziemi. Z łatwością mogła się tam uformować kolejna zarodkowa olbrzymia planeta, która została wyrzucona na zewnątrz przez grawitacyjne kopnięcie innego gazowego olbrzyma. całkowicie opuścić układ słoneczny. Ale Batygin twierdzi, że gaz resztkowy w dysku protoplanetarnym mógł wywierać wystarczający opór, aby spowolnić planetę tylko na tyle, aby osiadła na odległej orbicie i pozostała w Układzie Słonecznym. To mogłoby się zdarzyć, gdyby do wyrzutu doszło, gdy Układ Słoneczny miał od 3 do 10 milionów lat, zanim cały gaz z dysku zniknął w kosmos.

Hal Levison, planetarny dynamista z Southwest Research Institute w Boulder w Kolorado, zgadza się, że coś musi tworzyć orbitę, którą wykryli Batygin i Brown. Ale mówi, że historia pochodzenia, którą opracowali dla Planety X i ich specjalne błaganie o wyrzut ze spowolnieniem gazowym, sumują się jako „zdarzenie o niskim prawdopodobieństwie”. Inni badacze są bardziej pozytywni. Proponowany scenariusz jest wiarygodny, mówi Laughlin. „Zwykle takie rzeczy są złe, ale jestem naprawdę podekscytowany tym” – mówi. „To lepsze niż rzut monetą”.

Wszystko to oznacza, że Planeta X pozostanie w zawieszeniu, dopóki nie zostanie znaleziona.

Astronomowie mają kilka dobrych pomysłów na to, gdzie szukać, ale wykrycie nowej planety nie będzie łatwe. Ponieważ obiekty na wysoce eliptycznych orbitach poruszają się najszybciej, gdy znajdują się blisko Słońca, Planeta X spędza bardzo mało czasu na odległości 200 AU. A gdyby była tam teraz, mówi Brown, byłaby tak jasna, że astronomowie prawdopodobnie już by ją zauważyli.

Zamiast tego, Planeta X prawdopodobnie spędza większość czasu w pobliżu aphelium, powoli truchtem wzdłuż odległości od 600 do 1200 AU. Większość teleskopów zdolnych do obserwacji słabe obiekty w takich odległościach, takie jak Kosmiczny Teleskop Hubble’a czy 10-metrowe teleskopy Kecka na Hawajach, mają niezwykle małe pola widzenia. To tak, jakby szukać igły w stogu siana przez spoglądanie przez słomkę do picia.

Jeden teleskop może pomóc: Subaru, 8-metrowy teleskop na Hawajach, który jest własnością Japonii. Ma wystarczającą ilość światła obszar wykrywania tak słabego obiektu, w połączeniu z ogromnym polem widzenia – 75 razy większym niż teleskop Kecka. To pozwala astronomom każdej nocy skanować duże połacie nieba. Batygin i Brown używają Subaru do poszukiwania Planety X – i koordynują swoje wysiłki ze swoimi byłymi konkurentami, Sheppardem i Trujillo, którzy również dołączyli do polowania z Subaru. Brown twierdzi, że przeszukanie większości obszaru, na którym może czaić się Planeta X, zajmie obu zespołom około 5 lat.

Jeśli wyszukiwanie się powiedzie, jaki powinien być nowy członek rodziny słońca nazywa? Brown twierdzi, że jest za wcześnie, aby się tym martwić, i skrupulatnie unika proponowania sugestii. Na razie on i Batygin nazywają ją Planetą Dziewiątą (a przez ostatni rok nieformalnie Planet Phattie – slangowe określenie „cool” z lat 90. XX wieku). Brown zauważa, że ani Uran, ani Neptun – dwie planety odkryte we współczesnych czasach – nie skończyły został nazwany przez ich odkrywców i uważa, że to prawdopodobnie dobra rzecz. Jest większy niż ktokolwiek inny, mówi: „To trochę jak znalezienie nowego kontynentu na Ziemi”.

Jest pewien, jednakże ta Planeta X – w przeciwieństwie do Plutona – zasługuje na miano planety. Coś wielkości Neptuna w Układzie Słonecznym? Nawet nie pytaj. „Nikt by się z tym nie kłócił, nawet ja”.