Astronomer säger att en planet i Neptun-storlek lurar bortom Pluto

Solsystemet verkar ha en ny nionde planet. Idag tillkännagav två forskare bevis för att en kropp som är nästan lika stor som Neptunus – men ännu osedd – kretsar kring solen vart 15 000 år. Under solsystemets spädbarn för 4,5 miljarder år sedan, säger de, slogs den gigantiska planeten ut ur den planetbildande regionen nära solen. Fördröjd av gas, bosatte sig planeten i en avlägsen elliptisk omloppsbana, där den fortfarande lurar idag.

Påståendet är det starkaste hittills i den århundraden långa sökandet efter en ”Planet X” bortom Neptunus. har plågats av långsökta påståenden och till och med direkt kvackering. Men de nya bevisen kommer från ett par respekterade planetforskare, Konstantin Batygin och Mike Brown från California Institute of Technology (Caltech) i Pasadena, som förberedde sig för den oundvikliga skepsisen med detaljerade analyser av banorna på andra avlägsna föremål och månader av datorsimuleringar. ”Om du säger” Vi har bevis för Planet X ”kommer nästan vilken astronom som helst att säga,” Detta igen? De här killarna är helt klart galna. ”Jag skulle också göra det,” säger Brown. ”Varför är detta annorlunda? Det här är annorlunda eftersom den här gången har vi rätt.”

Utanför forskare säger att deras beräkningar sammanfaller och uttrycker en blandning av försiktighet och spänning om resultatet.” Jag kunde inte föreställa mig en större affär om – och det är naturligtvis en djärv ”if” – om det visar sig vara rätt, säger Gregory Laughlin, en planetforskare vid University of California (UC), Santa Cruz. ”Det som är spännande med det är detekterbart.” 15 000, att klustret kan vara en tillfällighet. I stället säger de att en planet med massan av 10 jordar har vakt de sex föremålen i sina konstiga elliptiska banor, lutade ur solsystemets plan.

Den härledda planetens bana lutas på samma sätt och sträcker sig till avstånd som kommer att explodera tidigare uppfattningar om solsystemet. Dess närmaste inställning till solen är sju gånger längre än Neptunus, eller 200 astronomiska enheter (AU). (En AU är avståndet mellan jorden och solen, cirka 150 miljoner kilometer.) Och Planet X kan ströva så långt som 600 till 1200 AU, långt bortom Kuiperbältet, regionen med små isiga världar som börjar vid Neptuns kant cirka 30 AU.

Om Planet X finns där, är Brown och Batygin ay, astronomer borde hitta fler objekt i berättande banor, formade av den dolda jättens drag. Men Brown vet att ingen verkligen kommer att tro på upptäckten förrän Planet X själv dyker upp i en teleskopsökare. ”Tills det finns en direkt upptäckt, är det en hypotes – till och med en potentiellt mycket bra hypotes,” säger han. Teamet har tid på det enda stora teleskopet på Hawaii som är lämpligt för sökningen, och de hoppas att andra astronomer kommer att delta i jakten. .

Att döda Pluto var kul, men det här är huvud och axlar över allt annat.

Batygin och Brown publicerade resultatet idag i The Astronomical Journal. Alessandro Morbidelli, en planetdynamiker vid Nice Observatory i Frankrike, utförde peer review för tidningen. solidt argument ”och att han är” ganska övertygad om existensen av en avlägsen planet. ”

Att kämpa för en ny nionde planet är en ironisk roll för Brown; han är bättre känd som en planetslayer. Hans upptäckt från 2005 av Eris, en avlägsen isig värld nästan lika stor som Pluto, avslöjade att det som sågs som den yttersta planeten bara var en av många världar i K högrem. Astronomer omklassificerade omedelbart Pluto som en dvärgplanet – en saga Brown berättade i sin bok How I Killed Pluto.

Nu har han gått med i den århundraden gamla sökandet efter nya planeter. Hans metod – att utläsa existensen av Planet X från dess spöklika gravitationseffekter – har en respektabel historia. År 1846 förutspådde den franska matematikern Urbain Le Verrier till exempel förekomsten av en gigantisk planet från oegentligheter i Uranus-banan. Astronomer vid Berlins observatorium hittade den nya planeten, Neptunus, där den var tänkt att vara, utlöste en mediasensation.

Återstående hicka i Uranus omlopp fick forskare att tänka att det fortfarande kan finnas en planet till, och 1906 började Percival Lowell, en förmögen tycoon, sökandet efter vad han kallade ”Planet X” vid sitt nya observatorium i Flagstaff, Arizona. 1930 dök Pluto upp – men det var alldeles för litet att rycka meningsfullt på Uranus.Mer än ett halvt sekel senare avslöjade nya beräkningar som baserades på mätningar från rymdfarkosten Voyager att banorna i Uranus och Neptun bara var fina på egen hand: ingen planet X behövdes.

Ändå planeten X kvarstod. På 1980-talet föreslog forskare till exempel att en osynlig brun dvärgstjärna kunde orsaka periodiska utrotningar på jorden genom att utlösa fusillader av kometer. På 1990-talet anropade forskare en Jupiter-stor planet vid solsystemets kant för att förklara ursprunget till vissa oddballkometer. Bara förra månaden hävdade forskare att de upptäckte den svaga mikrovågsglödet från en extra stor stenig planet cirka 300 AU bort, med hjälp av en rad teleskopskålar i Chile som kallas Atacama Large Millimeter Array (ALMA). (Brown var en av många skeptiker och noterade att ALMA: s smala synfält gjorde chanserna att hitta ett sådant objekt försvinnande smal.)

Brown fick sin första aning om sitt nuvarande stenbrott 2003, när han ledde en team som hittade Sedna, ett objekt lite mindre än både Eris och Pluto. Sednas udda, långtgående bana gjorde det till det mest avlägsna kända objektet i solsystemet vid den tiden. Dess perihelium, eller närmaste punkt till solen, låg vid 76 AU, bortom Kuiper-bältet och långt utanför påverkan av Neptuns gravitation. Implikationen var tydlig: Något massivt, långt bortom Neptunus, måste ha dragit Sedna i sin avlägsna bana.

Att något inte behövde vara en planet. Sednas gravitationsnudge kunde ha kommit från en stjärna som passerar eller från en av de många andra stjärnplantskolorna som omgav den framväxande solen vid solsystemets bildande.

Sedan dess har en handfull andra isiga objekt har dykt upp i liknande banor. Genom att kombinera Sedna med fem andra konstiga konstaterar Brown att han har uteslutit stjärnor som det osynliga inflytandet: Endast en planet kan förklara sådana konstiga banor. Av hans tre stora upptäckter – Eris, Sedna och nu potentiellt Planet X – säger Brown att det sista är det mest sensationella. ”Att döda Pluto var kul. Att hitta Sedna var vetenskapligt intressant”, säger han. ”Men den här, det här är huvud och axlar över allt annat.”

Brown och Batygin blev nästan misshandlade. I flera år var Sedna en ensam ledtråd till en störning bortom Neptunus. Sedan 2014 publicerade Scott Sheppard och Chad Trujillo (en tidigare doktorand till Brown’s) en uppsats som beskriver upptäckten av VP113, ett annat objekt som aldrig kommer nära solen. Sheppard, vid Carnegie Institution for Science i Washington, D.C., och Trujillo, från Gemini Observatory på Hawaii, var väl medvetna om konsekvenserna. De började undersöka banorna på de två föremålen tillsammans med tio andra udda kulor. De märkte att vid perihelion alla kom mycket nära planet för solsystemet där jorden kretsar, kallad ekliptik. I ett papper påpekade Sheppard och Trujillo det märkliga klumpet och tog upp möjligheten att en avlägsen stor planet hade slaktat föremålen nära ekliptiken. Men de pressade inte på resultatet längre.

Senare samma år på Caltech började Batygin och Brown diskutera resultaten. Genom att planera banorna för de avlägsna föremålen, säger Batygin, insåg de att mönstret som Sheppard och Trujillo hade märkt ”bara var hälften av historien.” Inte bara var föremålen nära ekliptiken vid perihelia, utan deras perihelia var fysiskt grupperade i rymden (se diagram ovan).

För nästa år diskuterade duon i hemlighet mönstret och vad det innebar. var ett enkelt förhållande, och deras färdigheter kompletterade varandra. Batygin, en 29-årig whiz kid-datormodell, gick på college vid UC Santa Cruz för stranden och chansen att spela i ett rockband. Men han gjorde sitt märke där genom att modellera solsystemets öde under miljarder år, vilket visar att det i sällsynta fall var instabilt: Merkurius kan kasta sig i solen eller kollidera med Venus. ”Det var en fantastisk prestation för en studerande,” säger Laughlin, som arbetade med honom vid den tiden.

Brown, 50, är observationsastronom, med känsla för dramatiska upptäckter och självförtroendet att matcha. Han bär shorts och sandaler på jobbet, lägger fötterna på skrivbordet och har en luftighet som maskerar intensitet och ambition. Han har ett program som är klart att sikta för Planet X i data från ett stort teleskop när de blir offentligt tillgängliga senare i år.

Deras kontor ligger några dörrar från varandra. ”Min soffa är trevligare, så vi tenderar att prata mer på mitt kontor”, säger Batygin. ”Vi brukar titta mer på data i Mike’s.” De blev till och med träningskompisar och diskuterade sina idéer medan de väntade på att komma i vattnet vid en triathlon i Los Angeles, Kalifornien våren 2015.

Först gav de de dussin objekt som studerades av Sheppard och Trujillo till de sex mest avlägsna – upptäckta av sex olika undersökningar på sex olika teleskop. Det gjorde det mindre troligt att klumpen kan bero på en observationsförskjutning som att peka ett teleskop mot en viss del av himlen.

Batygin började såda sina solsystemmodeller med Planet X i olika storlekar och banor , för att se vilken version som bäst förklarade objektens banor. En del av datorkörningarna tog månader. En favoritstorlek för Planet X uppstod – mellan fem och 15 jordmassor – såväl som en föredragen omloppsbana: inriktad i rymden från de sex små föremålen, så att dess perihelium är i samma riktning som de sex föremålens aphelion, eller den längsta punkten. från solen. Banorna på de sex passerar planet X, men inte när den stora mobbaren är i närheten och kan störa dem. Den sista uppenbarelsen kom för två månader sedan, när Batygins simuleringar visade att Planet X också skulle skulptera banorna på föremål som sveper in i solsystemet ovanifrån och under, nästan ortogonalt mot ekliptiken. ”Det utlöste detta minne”, säger Brown. ”Jag hade sett dessa föremål tidigare.” Sedan 2002 har fem av dessa högt lutande Kuiper-bälteföremål upptäckts och deras ursprung är i stort sett oförklarligt. ”Inte bara är de där, utan de är exakt på de platser vi förutspådde”, säger Brown. ”Det var då jag insåg att detta inte bara är en intressant och bra idé – det här är faktiskt verkligt.”

Sheppard, som med Trujillo också hade misstänkt en osedd planet, säger Batygin och Brown ”tog vårt resultat till nästa nivå. … De kom djupt in i dynamiken, något som Tchad och jag inte är riktigt bra med. Det är därför jag tror detta är spännande. ”

Andra, som planetforskaren Dave Jewitt, som upptäckte Kuiperbältet, är mer försiktiga. 0,007% chansen att klustringen av de sex föremålen är en tillfällighet ger planeten en statistisk betydelse av 3,8 sigma – bortom 3-sigma-tröskeln som vanligtvis krävs för att tas på allvar, men mindre än 5 sigma som ibland används inom områden som partikelfysik. Det oroar Jewitt, som har sett många 3-sigma-resultat försvinner tidigare. reducera de dussin objekt som undersöktes av Sheppard och Trujillo till sex för deras analyser s, Batygin och Brown försvagade deras påstående, säger han. ”Jag är orolig för att upptäckten av ett enda nytt objekt som inte finns i gruppen skulle förstöra hela byggnaden”, säger Jewitt, som är vid UC Los Angeles. ”Det är ett spel med pinnar med bara sex pinnar.”

Vid första rodnad kommer ett annat potentiellt problem från NASA: s Widefield Infrared Survey Explorer (WISE), en satellit som slutförde en all-sky-undersökning och letade efter värmen från bruna dvärgar – eller jätteplaneter. Det utesluter förekomsten av en Saturnus eller större planet så långt som 10 000 AU, enligt en studie från 2013 av Kevin Luhman, en astronom vid Pennsylvania State University, University Park. Men Luhman noterar att om Planet X är Neptun-storlek eller mindre, som Batygin och Brown säger, skulle WISE ha missat det. Han säger att det finns en liten chans att detekteras i en annan WISE-datamängd vid längre våglängder – känsliga för svalare strålning – som samlades in för 20% av himlen. Luhman analyserar nu dessa data.

Även om Batygin och Brown kan övertyga andra astronomer att Planet X existerar, står de inför en annan utmaning: att förklara hur det hamnade så långt från solen. På sådana avstånd hade den protoplanetära skivan av damm och gas sannolikt varit för tunn för att driva planetens tillväxt. Och även om Planet X fick fotfäste som en planetjord, skulle den ha rört sig för långsamt i sin stora, lata bana för att sväva upp tillräckligt med material för att bli en jätte.

Istället föreslår Batygin och Brown att planeten X bildades mycket närmare solen, tillsammans med Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus. Datormodeller har visat att det tidiga solsystemet var ett tumultartat biljardbord, med dussintals eller till och med hundratals planetariska byggstenar som storleken på jorden studsade runt. En annan embryonal jätteplanet kunde lätt ha bildats där, bara för att startas utåt av en gravitationsspark från en annan gasjätt.

Det är svårare att förklara varför Planet X varken slingrade sig tillbaka till var lämna solsystemet helt. Men Batygin säger att kvarvarande gas i den protoplanetära skivan kan ha utövat tillräckligt med drag för att sakta ner planeten tillräckligt för att den ska slå sig ner i en avlägsen omloppsbana och stanna kvar i solsystemet. Det kunde ha hänt om utstötningen ägde rum när solsystemet var mellan 3 miljoner och 10 miljoner år gammalt, säger han, innan all gas i skivan förlorades i rymden.

Hal Levison, en planetdynamiker vid Southwest Research Institute i Boulder, Colorado, håller med om att något måste skapa den banoriktning som Batygin och Brown har upptäckt. Men han säger att ursprungshistorien de har utvecklat för Planet X och deras speciella vädjan om en gas-saktad utstötning utgör ”en händelse med låg sannolikhet.” Andra forskare är mer positiva. Det föreslagna scenariot är troligt, säger Laughlin. ”Vanligtvis är saker som detta fel, men jag är väldigt glad över den här”, säger han. ”Det är bättre än en myntklädsel.” att upptäcka den nya planeten kommer inte att vara lätt. Eftersom föremål i mycket elliptiska banor rör sig snabbast när de är nära solen, tillbringar Planet X mycket lite tid vid 200 AU. Och om den fanns där just nu, säger Brown, skulle det vara så ljusa att astronomer förmodligen redan skulle ha upptäckt den.

Istället kommer sannolikt Planet X att tillbringa större delen av sin tid nära aphelion och långsamt trava längs avstånd mellan 600 och 1200 AU. De flesta teleskop som kan se en svagt föremål på sådana avstånd, som Hubble-rymdteleskopet eller de 10 meter långa Keck-teleskopen på Hawaii, har extremt små synfält. Det skulle vara som att leta efter en nål i en höstack genom att kika genom ett dricksstrå.

Ett teleskop kan hjälpa: Subaru, ett 8-meters teleskop på Hawaii som ägs av Japan. Det har tillräckligt med ljus område för att upptäcka ett sådant svagt föremål i kombination med ett enormt synfält – 75 gånger större än för ett Keck-teleskop. Det gör det möjligt för astronomer att skanna stora himmelsträngar varje natt. Batygin och Brown använder Subaru för att leta efter Planet X – och de samordnar sina ansträngningar med sina tidigare konkurrenter, Sheppard och Trujillo, som också har gått med på jakten med Subaru. Brown säger att det kommer att ta ungefär fem år för de två lagen att söka i det mesta av området där Planet X kan lura.

Om sökningen går igenom, vad ska den nya medlemmen i solens familj vara kallad? Brown säger att det är för tidigt att oroa sig för det och undviker noggrant att ge upp förslag. För närvarande kallar han och Batygin det Planet Nine (och under det senaste året informellt, Planet Phattie – slang från 1990-talet för ”cool”). Brown noterar att varken Uranus eller Neptun – de två planeterna som upptäcktes i modern tid – hamnade namnges av deras upptäckare, och han tycker att det förmodligen är bra. Det är större än någon person, säger han: ”Det är ungefär som att hitta en ny kontinent på jorden.”

Han är säker, dock att Planet X – till skillnad från Pluto – förtjänar att kallas en planet. Något som är lika stort som Neptunus i solsystemet? Fråga inte ens. ”Ingen skulle argumentera för den här, inte ens jag.”