Scott Sheppard zajmuje około 15 minut, aby przejść do pracy w Departamencie Magnetycznego Terrestrial Magnetity Carnegie Institution, ośrodku badawczym w Waszyngtonie, który został założony w 1904 roku w celu wspierania wypraw na mapę ziemskiego pola magnetycznego. Dzisiaj w kampusie przebywają planetolodzy wszystkich dyscyplin, w tym Sheppard, który bada ciała niebieskie skrajnego zewnętrznego układu słonecznego. Mówi, że dostaje swoje najlepsze pomysły podczas chodzenia i że często denerwują go skrzyżowania, które wymagają wystarczającej uwagi, aby zapobiec wędrówce umysłu w tak niewytłumaczalny sposób. Biorąc pod uwagę, że Sheppard jest przekonany, że duża, nieodkryta planeta krąży wokół Słońca daleko za Plutonem, można sobie tylko wyobrazić, gdzie wędruje jego umysł podczas porannych spacerów.
Pomysł, że ogromna planeta, zwana Planetą 9 lub Planetą X, istnieje w tak dużej odległości, że nie byliśmy w stanie jej znaleźć, ma astronomów z całego świata skanujących niebo w poszukiwaniu wskazówek. Sheppard, który odkrył niektóre z najodleglejszych obiektów w Układzie Słonecznym, uważa, że ścieżki orbitalne tych mniejszych planet są najprawdopodobniej kształtowane przez grawitacyjny wpływ hipotetycznej Planety 9. I dziś jego zespół ogłosił odkrycie kolejnej bardzo odległa, niewielka planeta - drugi najdalej znany obiekt w Układzie Słonecznym według średniej odległości - który ponownie nosi charakterystyczny kamień kosmiczny w uściskach nieodkrytej gigantycznej planety.
„Raz na sto lat znajdujemy planetę, prawda? Czas więc znaleźć go ponownie - mówi Sheppard.
Goblin
Nowy obiekt, oficjalnie zwany TG387 z 2015 r., Orbituje ze specjalną klasą ciał niebieskich zwanych obiektami Obłoku Oorta Wewnętrznego lub ekstremalnymi obiektami trans-neptunowymi (ETNO). Ciało skały i lodu, nazwane przez zespół odkrywców „Goblinem”, znajduje się obecnie około 80 jednostek astronomicznych (AU) od Słońca, czyli około dwa razy dalej niż średnia odległość Plutona. Goblin porusza się jednak po bardzo wydłużonej orbicie, która zabiera ją do najbardziej oddalonych obszarów naszego Układu Słonecznego, zapętlając się aż do 2300 AU podczas swojej 40 000-letniej podróży wokół Słońca.
Ale tak intrygująca, jak aphelium obiektu lub jego najdalszy punkt od słońca, Goblin jest może nawet bardziej interesujący ze względu na peryhelium lub najbliższy punkt. Mała planeta, której średnicę szacuje się na około 300 kilometrów (około jednej siódmej wielkości Plutona), osiąga zaledwie 65 AU (sześć miliardów mil). Ponieważ jej najbliższe podejście nie jest wcale bliskie, Sheppard mówi, że na Goblina prawie nie ma wpływu grawitacja masywnych planet, takich jak Jowisz i Neptun.
„Nigdy nie pojawia się w pobliżu gigantycznych planet” - mówi. „Są tylko trzy z tych obiektów, które pozostają daleko”.
Orbity nowej ekstremalnej planety karłowatej 2015 TG387 i jej koledzy z Inner Oort Cloud 2012 obiektów VP113 i Sedna w porównaniu z resztą Układu Słonecznego. TG387 2015 został nazwany przez goblinów „Goblinem”, ponieważ jego tymczasowe oznaczenie zawiera TG, a obiekt po raz pierwszy ujrzano w okolicach Halloween. 2015 TG387 ma większą pół-większą oś niż 2012 VP113 lub Sedna, co oznacza, że podróżuje on znacznie dalej od Słońca w najbardziej odległym punkcie na swojej orbicie, który wynosi około 2300 AU. (Roberto Molar Candanosa i Scott Sheppard, dzięki uprzejmości Carnegie Institution for Science) Pozostałe dwie to Sedna i 2012 VP113, które mają peryhelię odpowiednio 76 i 80 AU, choć nigdy nie podróżują tak daleko jak Goblin. Gdy rozpatrywane razem, te trzy obiekty zaczynają wytwarzać kuszący obraz ich odległej krainy. Są oddzielone od reszty Układu Słonecznego, odporne na jego wpływ, a jednak wszystkie pojawiają się w tej samej części nieba.
„Jeśli spojrzysz na Sednę, spojrzysz na VP113 i spojrzysz na kilka innych ekstremalnych obiektów z tymi bardzo odległymi orbitami, wszystkie one są bardzo podobne”, mówi Sheppard. „Wszyscy są skupieni w tej samej części nieba, wszyscy dochodzą do peryhelium - ich najbliższe podejście do słońca - w tym samym miejscu i można by się spodziewać, że będzie to przypadkowe na niebie. … Dlatego uważamy, że istnieje większa planeta, ponieważ wtłacza te obiekty w tego rodzaju orbity. ”
Inne mniejsze planety krążą na ekstremalnych odległościach, takie jak 2014 FE72, który jest najdalej znanym obiektem ze średniej odległości, ale mają tendencję do zbliżania się do gigantycznych planet. Na przykład FE72 2014 może zbliżyć się do Słońca niż Pluton. Przekonujące wyjaśnienie tych obiektów polega na tym, że w pewnym momencie wędrowali zbyt blisko jednego z gazowych gigantów i zostali wyrzuceni na ekstremalne odległości, prawie całkowicie wyrzuceni - ale kiedy to się zdarzy, skaliste obiekty zwykle krążą z powrotem w pobliżu punktu z skąd zostali odrzuceni.
Jeśli chodzi o Goblin, Sednę i 2012 VP113, coś innego uwięziło ich na samotnej orbicie, wyrównanej, ale z wyjątkiem naszego małego sąsiedztwa planet.
Cień nieodkrytej planety
To, jak prawdopodobne jest istnienie nieodkrytej ogromnej planety, powoli krążącej wokół Słońca co dziesiątki tysięcy lat w ekstremalnych odległościach, zależy od tego, kogo zapytasz. Ze swojej strony Sheppard, który odkrył dziesiątki mniejszych planet, komet i księżyców, postawiłby szanse istnienia Planety 9 na około 80 lub 85 procent - i nie jest nawet najbardziej optymistyczny.
„Moja pewność siebie wynosi około 99, 84 procent”, mówi Konstantin Batygin, astrofizyk planetarny i profesor nadzwyczajny w California Institute of Technology. Batygin tworzy teoretyczne modele zewnętrznego układu słonecznego, aby szukać wskazówek na Planecie 9, dzieląc liczby na wielu mniejszych planetach, które skupiają się w różne grupy i wpływach dziesiątek czynników orbitalnych. W swoim artykule z 2016 r. Z kolegą z Caltech, Michałem Brownem, przedstawił być może najsilniejszy jak dotąd przypadek Planet 9, stwierdzając, że istnieje tylko ułamek procent prawdopodobieństwa, że grupy tych obiektów wystąpią losowo.
„To ciało to ogromny nowy dodatek” - mówi Batygin o Goblinie. „To bardzo wzmacnia argumenty przemawiające za Planetą 9.”
Porównanie TG387 2015 przy 65 AU ze znanymi planetami Układu Słonecznego. Saturn można zobaczyć przy 10 AU, a Ziemia oczywiście przy 1 AU, ponieważ pomiar jest zdefiniowany jako odległość między Słońcem a naszą planetą macierzystą. (Roberto Molar Candanosa i Scott Sheppard, dzięki uprzejmości Carnegie Institution for Science) Inni nie są tacy pewni siebie. „Nie poszedłbym na poziom 85 procent. Istnieją sprzeczne linie dowodów ”- mówi David Tholen, astronom z Uniwersytetu Hawajskiego, który był częścią zespołu, który odkrył Goblina. Wskazuje na statek kosmiczny Cassini, który krążył wokół Saturna przez ponad 13 lat, mierząc dynamikę i siły zewnętrznego układu słonecznego. „Służy to jako bardzo czuły wykrywacz innych rzeczy, a analiza tych danych sugeruje, że nie widzimy żadnych dowodów na [Planet 9]”.
Ale nawet jeśli nie kupią hipotezy o Planecie 9, większość astronomów zgadza się, że coś niewyjaśnionego polega na odrywaniu obiektów takich jak Goblin od Układu Słonecznego. Niektóre teorie sugerują, że podczas wczesnego formowania się Słońca, ponad 4, 5 miliarda lat temu, kiedy inne gwiazdy formowały się w pobliżu, ekstremalna grawitacja bliskiego spotkania gwiazdowego mogła oderwać te obiekty i pozostawić je na „skamieniałej” orbicie Sheppard mówi. Alternatywnie, być może istnieje wystarczająca liczba tych mniejszych planet, aby mogły one wpływać na swoje orbity przez wiele milionów lat w procesie zwanym samo-grawitacją, stopniowo szturchając się coraz dalej.
„[Jeśli jest] wiele tych mniejszych planet, takich jak Sedna i ten nowy obiekt, oczywiście wywierają one na siebie siły grawitacyjne”, mówi Ann-Marie Madigan, adiunkt astrofizyki z University of Colorado, Boulder, która bada modele grawitacji na odległych obiektach Układu Słonecznego. Mówi, że te mniejsze planety są „tak daleko od wewnętrznego układu słonecznego, z gigantycznymi planetami i podobnymi rzeczami, te siły [grawitacji] mogą być naprawdę niezwykle potężne. … Nie potrzebujesz tam dodatkowej planety. ”
Madigan przyznaje, że grawitacja nie może wyjaśnić wszystkiego o orbitach odległych mniejszych planet, takich jak ustawienie wzdłuż ich „długości peryheli”, podobnie jak główne osie orbit eliptycznych. Sheppard twierdzi, że są też inne „siły zewnętrzne”, takie jak fala galaktyczna - zbiorowa siła grawitacji wszystkiego w Drodze Mlecznej, w tym supermasywna czarna dziura w jej centrum. Teorie, które przewidują istnienie Planety 9, uwzględniają wszystkie te wpływy, ale może być także nieznany proces.
„To wspaniale” - mówi Michele Bannister, astronom planetarny z Queen's University Belfast w Wielkiej Brytanii, który współprowadził badanie Outer Solar System Origins Survey (OSSOS) w latach 2013–2017, w którym wykryto 840 odległych mniejszych planet. „Mamy całą różnorodność teorii, które próbują wyjaśnić tę populację. To znak dobrego, zdrowego, aktywnego pola ”.
Zawężanie wyszukiwania
Sheppard porównuje skupienie Goblina, Sedny i VP113 z 2012 r. Do relacji między Neptunem a Plutonem. Chociaż Neptun przecina orbitalną ścieżkę Plutona, dwa ciała planetarne nigdy się do siebie nie zbliżają, ponieważ są uwięzione w związku grawitacyjnym - znanym jako rezonans - który powoduje, że Pluton krąży dwukrotnie na każdych trzech orbitach Neptuna. Jeśli nie wiedziałeś, gdzie jest Neptun, możesz wskazać gigantyczną planetę, obserwując dokładnie Plutona. Chociaż trzy bardzo odległe mniejsze planety nie byłyby zamknięte w tak stabilnej relacji z Planetą 9, może wystąpić podobna zależność grawitacyjna.
Jeśli mniejsze planety tańczą grawitacyjnie z Planetą 9, może to jednak oznaczać, że duża planeta jest daleko, daleko - w pobliżu apuli jej orbity około 1000 AU od Słońca. Mamy tylko przybliżone wyobrażenie o wielkości Planety 9 - od dwóch do czterech razy większej od Ziemi, jeśli istnieje - i nie ma sposobu na określenie, ile światła odbija, co sprawia, że wyszukiwanie jest niezwykle trudne. Jedynym powodem, dla którego udało nam się znaleźć mniejsze odległe obiekty, takie jak Goblin, jest to, że znajdują się one w pobliżu swojego najbliższego podejścia, widoczne tylko przez chwilę czasu gwiazd, zanim wypadną z powrotem w cienie.
Zdjęcia z odkrycia 2015 TG387 wykonane przy 8-metrowym teleskopie Subaru na szczycie Mauna Kea na Hawajach 13 października 2015 r. Zdjęcia zostały zrobione w odstępie około 3 godzin. TG387 z 2015 roku porusza się między obrazami w pobliżu centrum, podczas gdy znacznie bardziej odległe gwiazdy i galaktyki są nieruchome. Obraz zapewnia Scott Sheppard. (Zdjęcie dostarczone przez Scott Sheppard) „Dziewięćdziesiąt dziewięć procent ich orbity nie znaleźlibyśmy ich” - mówi Sheppard. „Po prostu znajdujemy wierzchołek góry lodowej.”
Polowanie na Planetę 9 cierpi na poważny brak danych - na razie. Trudno jest wyciągać wnioski statystyczne przy tak małej próbce mniejszych planet, zwłaszcza gdy prawdopodobnie istnieją tysiące. „Każde z tych przypadków wykrywa ogromną, niewidzialną populację” - mówi Bannister. „Tak więc uprzedzenia obserwacyjne mogą naprawdę wpłynąć na wnioski, które wyciągniesz na temat istnienia tej ogromnej niewidzialnej populacji oraz na to, jakie kształty kształtują jej orbity w przestrzeni i na co potencjalnie są one kształtowane lub przez które mogłyby być kształtowane”
Goblin został po raz pierwszy zauważony w 2015 r. Przez japoński 8-metrowy teleskop Subaru na Mauna Kea na Hawajach, ale niewielka planeta jest tak daleko, że potrzebne były trzy lata obserwacji za pomocą teleskopów w Chile i Arizonie, zanim jej orbita będzie mogła obliczony, ujawniając jego prawdziwą ścieżkę i odległość. Odkryto kilka dodatkowych mniejszych planet, a kiedy astronomowie udoskonalą swoje parametry orbitalne, będą mieli lepsze pojęcie o tym, gdzie ukryta jest ogromna planeta - jeśli w ogóle gdziekolwiek.
Teleskop Subaru na Mauna Kea na Hawajach. (Wikimedia Commons / CC 2.0) „Fakt, że Planeta 9 jest pod koniec dnia, jest albo nie, a matematyka, którą zrobiłem, jest albo dobra, albo zła, jest tak naprawdę pięknym aspektem tego całego problemu”, mówi Batygin. „To nie jest jeden z tych problemów, w którym możesz spekulować na ten temat, dopóki nie umrzesz. … Myślę, że następne 10 lat to dużo czasu. ”
Dalsze badania nieba za pomocą teleskopów takich jak Subaru i nowych obserwatoriów, takich jak Large Synoptic Survey Telescope (LSST) - który będzie miał największy aparat cyfrowy na świecie o rozdzielczości 3, 2 gigapiksela, wielkości małego samochodu - odkryje jeszcze więcej obiektów w miarę wzrostu naszego zrozumienia układu słonecznego. Dodatkowe prace astronomiczne, takie jak druga publikacja danych z teleskopu kosmicznego Gaia, pomagają udoskonalić nasze modele ruchów gwiazd w całej historii galaktyki, dodatkowo zaostrzając ograniczenia na bardzo odległych planetach mniejszych.
Jeśli i kiedy cała ta praca doprowadzi do odkrycia Planety 9, Sheppard mówi: „będzie to triumf nauki”.
