Astronomer siger, at en planet i størrelse i Neptun lurer ud over Pluto

Solsystemet ser ud til at have en ny niende planet. I dag annoncerede to videnskabsfolk bevis for, at et legeme næsten på størrelse med Neptune but hidtil uset overfører solen hvert 15.000 år. I løbet af solsystemet s barndom for 4, 5 milliarder år siden, siger de, blev den gigantiske planet slået ud af den planetdannende region i nærheden af ​​solen. Nedbremset med gas satte planeten sig ned i en fjern elliptisk bane, hvor den stadig lurer i dag.

Påstanden er den stærkeste endnu i de århundreder lange søgning efter en Planet X ud over Neptune. Opgaven er blevet plaget af vidtstrakte påstande og endda direkte quackery. Men det nye bevis kommer fra et par respekterede planetariske videnskabsfolk, Konstantin Batygin og Mike Brown fra California Institute of Technology (Caltech) i Pasadena, som forberedte sig på den uundgåelige skepsis med detaljerede analyser af banerne fra andre fjerne objekter og måneder med computer simuleringer. Hvis du siger, Vi har bevis for Planet X, næsten enhver astronom vil sige, Dette igen? Disse fyre er helt klart skøre . Jeg ville også, siger Brown. Hvorfor er dette anderledes? Dette er anderledes, fordi vi denne gang har ret .

Mike Brown (til venstre) og Konstantin Batygin.

Mike Brown (til venstre) og Konstantin Batygin.

LANCE HAYASHIDA / CALTECH

Uden for forskere siger, at deres beregninger stak sammen og udtrykker en blanding af forsigtighed og spænding over resultatet. Jeg kunne ikke forestille mig en større aftale, hvis og selvfølgelig, at sa dristige if hvis det viser sig at være rigtigt, siger Gregory Laughlin, en planetarisk videnskabsmand ved University of California (UC), Santa Cruz. Det er spændende ved det [planeten] kan detekteres.

Batygin og Brown udledte sin tilstedeværelse fra den særegne klynge af seks tidligere kendte objekter, der kredser ud over Neptun. De siger, at der kun er en 0, 007% chance, eller cirka en ud af 15.000, at klyngen kunne være en tilfældighed. I stedet, siger de, har en planet med massen af ​​10 jordarter hyrdet de seks objekter ind i deres mærkelige elliptiske baner, vippet ud af solsystemets plan.

Banen for den udledte planet er på lignende måde vippet såvel som den strækkes til afstande, der vil eksplodere tidligere opfattelser af solsystemet. Dets nærmeste tilgang til solen er syv gange længere end Neptun eller 200 astronomiske enheder (AU'er). (En AU er afstanden mellem Jorden og solen, ca. 150 millioner kilometer.) Og Planet X kunne strejfe så langt som 600 til 1200 AU, langt ud over Kuiper-bæltet, regionen med små iskaldte verdener, der begynder på Neptune s kant omkring 30 AU.

Hvis Planet X er derude, siger Brown og Batygin, burde astronomer finde flere objekter i kendte kredsløb, formet af træk fra den skjulte gigant. Men Brown ved, at ingen virkelig vil tro på opdagelsen, før Planet X selv vises i en teleskop-søger. Intil der sa direkte detektion, det sa hypotese even en potentielt meget god hypotese, siger han. Holdet har tid på det ene store teleskop på Hawaii, der er velegnet til søgningen, og de håber, at andre astronomer vil deltage i jagt.

At dræbe Pluto var sjovt, men dette er hoved og skuldre over alt andet.

Mike Brown, Caltech

Batygin og Brown offentliggjorde resultatet i dag i The Astronomical Journal . Alessandro Morbidelli, en planetarisk dynamik ved Nice-observatoriet i Frankrig, udførte peer review for avisen. I en erklæring siger han, at Batygin og Brown fremsatte et "meget solidt argument", og at han er "ganske overbevist om eksistensen af ​​en fjern planet."

At forkæmpe en ny niende planet er en ironisk rolle for Brown; han er bedre kendt som en planetmorder. Hans opdagelse i 2005 af Eris, en fjern iskald verden næsten i samme størrelse som Pluto, afslørede, at det, der blev betragtet som den yderste planet, bare var en af ​​mange verdener i Kuiper-bæltet. Astronomer omklassificerede øjeblikkeligt Pluto som en dværgplanet - en saga Brown fortalte i sin bog How I Killed Pluto .

Nu har han sluttet sig til den århundreder gamle søgning efter nye planeter. Hans metode - på baggrund af eksistensen af ​​Planet X fra dens spøgelsesrige tyngdekrafteffekter - har en respektabel track record. I 1846 forudsagde for eksempel den franske matematiker Urbain Le Verrier eksistensen af ​​en gigantisk planet fra uregelmæssigheder i Uranus bane. Astronomer ved Berlin-observatoriet fandt den nye planet, Neptune, hvor den skulle være, der udløste en mediasensation.

Resterende hik i Uranus 'bane førte forskere til at tænke, at der muligvis endnu var en planet, og i 1906 begyndte Percival Lowell, en velhavende tycoon, søgningen efter det, han kaldte "Planet X" på hans nye observatorium i Flagstaff, Arizona. I 1930 dukkede Pluto op - men det var alt for lille til at trække meningsfuldt på Uranus. Mere end et halvt århundrede senere afslørede nye beregninger, der var baseret på målinger fra rumfartøjet Voyager, at banerne til Uranus og Neptune var helt fint alene: Ingen planet X var nødvendig.

Ikke desto mindre vedvarede lokkets lokkemåde. I 1980'erne foreslog forskere for eksempel, at en usynlig brun dværgstjerne kunne forårsage periodiske udryddelser på Jorden ved at udløse fusillader af kometer. I 1990'erne påkaldte videnskabsmænd en planet i størrelse med Jupiter i solsystemets kant for at forklare oprindelsen af ​​visse oddball-kometer. Lige i sidste måned hævdede forskere at have opdaget den svage mikrobølger glød fra en overdreven klippeplane omkring 300 AU væk ved hjælp af en række teleskopskiver i Chile kaldet Atacama Large Millimeter Array (ALMA). (Brown var en af ​​mange skeptikere og bemærkede, at ALMAs snævre synsfelt gjorde chancerne for at finde et sådant objekt forsvindende slank.)

Brown fik sin første ledning af sit nuværende stenbrud i 2003, da han ledede et hold, der fandt Sedna, et objekt lidt mindre end både Eris og Pluto. Sednas underlige, fjerntliggende bane gjorde det til det mest kendte objekt i solsystemet på det tidspunkt. Dens perihelion, eller nærmeste punkt til solen, lå 76 AU ud over Kuiper-bæltet og langt uden for påvirkningen af ​​Neptunes tyngdekraft. Implikationen var klar: Noget massivt, langt ud over Neptun, må have trukket Sedna ind i dens fjerne bane.

(DATA) JPL; BATYGIN OG BRUN / CALTECH; (DIAGRAM) A. CUADRA / SCIENCE

At noget ikke behøvede at være en planet. Sednas tyngdepunkt kunne være kommet fra en forbipasserende stjerne eller fra en af ​​de mange andre stjerneskoler, der omringede den begynnende sol på tidspunktet for solsystemets dannelse.

Siden da har en håndfuld andre iskolde genstande dukket op i lignende baner. Ved at kombinere Sedna med fem andre rare mænd, siger Brown, at han har udelukket stjerner som den usete indflydelse: Kun en planet kunne forklare så mærkelige baner. Af hans tre største opdagelser - Eris, Sedna og nu potentielt Planet X - siger Brown, at den sidste er den mest sensationelle. ”At dræbe Pluto var sjovt. At finde Sedna var videnskabeligt interessant, ”siger han. ”Men denne ene, dette er hoved og skuldre over alt andet.

Brown og Batygin blev næsten slået til stansen. I årevis var Sedna en ensom ledetråd til en forstyrrelse ud over Neptun. I 2014 offentliggjorde Scott Sheppard og Chad Trujillo (en tidligere kandidatstuderende i Browns) et papir, der beskriver opdagelsen af ​​VP113, et andet objekt, der aldrig kommer tæt på solen. Sheppard fra Carnegie-institutionen for videnskab i Washington, DC og Trujillo fra Gemini-observatoriet på Hawaii var godt opmærksom på implikationerne. De begyndte at undersøge bane for de to objekter sammen med 10 andre ulige kugler. De bemærkede, at ved perihelion kom alle meget tæt på det solsystem, hvor Jorden kredser, kaldet ekliptikken. I et papir påpegede Sheppard og Trujillo den særegne sammenklumpning og hævede muligheden for, at en fjern, stor planet havde beset objekterne nær ekliptikken. Men de pressede ikke resultatet yderligere.

Senere samme år på Caltech begyndte Batygin og Brown at diskutere resultaterne. Plottning af baner fra fjerne objekter, siger Batygin, de indså, at det mønster, som Sheppard og Trujillo havde bemærket var kun halvdelen af ​​historien. Ikke kun var objekterne nær ekliptikken ved perihelia, men deres perihelia var fysisk samlet i rummet (se diagram ovenfor).

I det næste år diskuterede duoen hemmeligt mønsteret og hvad det betød. Det var et let forhold, og deres færdigheder komplementerede hinanden. Batygin, en 29-årig whiz kid computermodeller, gik på college på UC Santa Cruz til stranden og muligheden for at spille i et rockband. Men han markerede sig der ved at modellere solsystemets skæbne over milliarder af år og viste, at det i sjældne tilfælde var ustabilt: Kvikksølv kaster sig ned i solen eller kolliderer med Venus. Det var en fantastisk præstation for en bachelor, siger Laughlin, der arbejdede med ham på det tidspunkt.

Brown, 50, er den observations astronom, med en flair for dramatiske opdagelser og selvtilliden til at matche. Han bærer shorts og sandaler til at arbejde, lægger fødderne op på skrivebordet og har en friskhed, der maskerer intensitet og ambition. Han har et program, der er indstillet til at sile efter Planet X i data fra et større teleskop, i det øjeblik de bliver offentligt tilgængelige senere på året.

Deres kontorer er et par døre ned fra hinanden. Min sofa er pænere, så vi har en tendens til at snakke mere på mit kontor, Batygin siger. Vi har en tendens til at se mere på data i Mike s. De blev endda træningsvenner og diskuterede deres ideer mens de ventede på at komme i vandet i en triathlon i Los Angeles, Californien i foråret 2015 .

Først vindede de dusin objekter studeret af Sheppard og Trujillo til de seks fjerneste opdaget af seks forskellige undersøgelser på seks forskellige teleskoper. Det gjorde det mindre sandsynligt, at sammenklumpningen muligvis skyldes en observationsforskydning, såsom at pege et teleskop mod en bestemt del af himlen.

Batygin begyndte at så sine solsystemmodeller med Planet X s i forskellige størrelser og kredsløb for at se, hvilken version der bedst forklarede objekterne stier. Nogle af computerens kørsler tog måneder. En foretrukken størrelse for Planet X dukkede op mellem fem og 15 jordmasser er vel som en foretrukket bane: antialignet i rummet fra de seks små objekter, så dens perihelion er i samme retning som de seks objekter aphelion eller det fjerneste punkt fra solen. De seks baner krydser planeten X, men ikke når den store mobbe er i nærheden og kan forstyrre dem. Den sidste epifanie kom for 2 måneder siden, da Batygin s simuleringer viste, at Planet X også skulle skulptur bane af genstande, der svinger ind i solsystemet ovenfra og nedenunder, næsten vinkelret til ekliptikken. Det udløste denne hukommelse, siger Brown. Jeg havde set disse objekter før. Det viser sig, at siden 2002 er fem af disse stærkt skrå Kuiper-bælteobjekter blevet opdaget, og deres oprindelse er stort set uforklarlig. Ikke kun er de der, men de er nøjagtigt på de steder, vi forudsagde, siger Brown. Det er, da jeg indså, at dette ikke kun er en interessant og god idé - dette er faktisk ægte. ”

Sheppard, der med Trujillo også havde mistænkt for en uset planet, siger Batygin og Brown “tog vores resultat til det næste niveau. … De kom dybt ind i dynamikken, noget som Chad og jeg ikke er rigtig gode til. Derfor synes jeg det er spændende. ”

Andre, ligesom planetforsker Dave Jewitt, der opdagede Kuiper-bæltet, er mere forsigtige. 0, 007% chancen for, at gruppering af de seks objekter er tilfældigt, giver planeten krav på en statistisk betydning på 3, 8 sigma - ud over 3-sigma-tærsklen, der typisk kræves for at blive taget alvorligt, men kort efter de 5 sigmaer, der undertiden bruges i felter som partikelfysik. Det bekymrer Jewitt, der har set masser af 3-sigma-resultater forsvinde før. Ved at reducere de dusin objekter, der blev undersøgt af Sheppard og Trujillo til seks for deres analyse, svækkede Batygin og Brown deres påstand, siger han. ”Jeg er bange for, at fundet af et enkelt nyt objekt, der ikke er i gruppen, ville ødelægge hele bygningen, ” siger Jewitt, der er på UC Los Angeles. "Det er et spil sticks med kun seks sticks."

BILLEDER: WIKIMEDIA COMMONS; NASA / JPL-Caltech; A. CUADRA / SCIENCE; NASA / JHUAPL / SwRI; (DIAGRAM) A. CUADRA / SCIENCE

Ved den første rødme kommer et andet potentielt problem fra NASAs Widefield Infrared Survey Explorer (WISE), en satellit, der afsluttede en helhimmelundersøgelse på udkig efter varmen fra brune dværge - eller gigantiske planeter. Det udelukkede eksistensen af ​​en Saturn-eller-større planet så langt ud som 10.000 AU, ifølge en undersøgelse fra 2013 af Kevin Luhman, en astronom ved Pennsylvania State University, University Park. Men Luhman bemærker, at hvis Planet X er Neptunstørrelse eller mindre, som Batygin og Brown siger, ville WISE have savnet det. Han siger, at der er en smule chance for at blive detekteret i et andet WISE-datasæt ved længere bølgelængder - følsomme over for køligere stråling - som blev opsamlet for 20% af himlen. Luhman analyserer nu disse data.

Selv hvis Batygin og Brown kan overbevise andre astronomer om, at Planet X eksisterer, står de over for en anden udfordring: at forklare, hvordan det endte så langt fra solen. I sådanne afstande var den protoplanetære disk med støv og gas sandsynligvis have været for tynd til at brænde væksten i planeten. Og selv hvis Planet X fik fodfæste som en planetesimal, ville den have bevæget sig for langsomt i sin store, dole bane til at hoover op nok materiale til at blive en gigant.

I stedet foreslår Batygin og Brown, at Planet X dannede sig meget tættere på solen sammen med Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune. Computermodeller har vist, at det tidlige solsystem var et tumult billardbord med snesevis eller endda hundreder af planetariske byggestener på størrelse med Jorden som hoppede rundt. En anden embryonal gigantisk planet kunne let have dannet sig der, kun for at blive startet udad ved et tyngdekraftsang fra en anden gasgigant.

Det er sværere at forklare, hvorfor Planet X hverken løkke tilbage til det sted, hvor den startede eller forlader solsystemet helt. Men Batygin siger, at den resterende gas i den protoplanetære disk muligvis har udøvet nok træk til at bremse planeten lige nok til, at den kan slå sig ned i en fjern bane og forblive i solsystemet. Det kunne have sket, hvis udkastet fandt sted, da solsystemet var mellem 3 og 10 millioner år gammelt, siger han, før al gas på disken blev mistet i rummet.

Hal Levison, en planetarisk dynamik ved Southwest Research Institute i Boulder, Colorado, er enig i, at noget skal skabe den orbitaljustering, Batygin og Brown har opdaget. Men han siger, at oprindelseshistorien, de har udviklet til Planet X, og deres specielle anmodning om en gas-nedsat udkast udsættes for en begivenhed med lav sandsynlighed. Andre forskere er mere positive. Det foreslåede scenario er plausibelt, siger Laughlin. Sædvanligvis er ting som dette forkert, men jeg er virkelig begejstret for denne, siger han. Det er bedre end en møntflip.

Alt dette betyder, at Planet X forbliver i limbo, indtil den faktisk findes.

Astronomer har nogle gode ideer til, hvor de skal kigge, men det at se den nye planet vil ikke være let. Fordi genstande i meget elliptiske kredsløb bevæger sig hurtigst når de er tæt på solen, bruger Planet X meget lidt tid på 200 AU. Og hvis det var der lige nu, siger Brown, ville det være så lyst, at astronomer sandsynligvis allerede havde set det.

I stedet vil Planet X sandsynligvis tilbringe det meste af sin tid i nærheden af ​​aphelion og langsomt trave med i afstande mellem 600 og 1200 AU. De fleste teleskoper, der er i stand til at se en svag genstand i sådanne afstande, såsom Hubble-rumteleskopet eller de 10 meter lange Keck-teleskoper på Hawaii, har ekstremt lille synsfelt. Det ville være som at lede efter en nål i en høstak ved at kigge gennem et drikstrå.

Et teleskop kan hjælpe: Subaru, et 8-meters teleskop på Hawaii, der ejes af Japan. Det har nok lysopsamlingsområde til at detektere en sådan svag genstand kombineret med et enormt synsfelt 75 gange større end et Keck-teleskop. Det gør det muligt for astronomer at scanne store skår af himlen hver nat. Batygin og Brown bruger Subaru til at kigge efter Planet X og de koordinerer deres indsats med deres tidligere konkurrenter, Sheppard og Trujillo, der også er med i jakten med Subaru. Brown siger, at det vil tage omkring 5 år for de to hold at søge i det meste af det område, hvor Planet X kunne lurer.

Det 8-meter Subaru-teleskop på toppen af ​​Mauna Kea på Hawaii har et stort synsfelt muliggør det at søge effektivt efter Planet X.

Det 8-meter Subaru-teleskop på toppen af ​​Mauna Kea på Hawaii har et stort synsfelt muliggør det at søge effektivt efter Planet X.

Subaru-teleskop, NAOJ

Hvis søgningen panderer ud, hvad skal så det nye medlem af solen s familie kaldes? Brown siger, at det er for tidligt at bekymre sig om det og undgår nøje at give forslag. For tiden kalder han og Batygin det Planet Nine (og for det forløbne år, uformelt, Planet Phattie 1990'erne slang for cool ). Brown bemærker, at hverken Uranus eller Neptune de to planeter, der blev opdaget i moderne tid endte med at blive navngivet af deres opdagere, og han mener, at det sandsynligvis er en god ting. Det er større end nogen person, siger han: Det er sådan som at finde et nyt kontinent på Jorden.

Han er dog sikker på, at Planet X lignet med Pluto fortjener at blive kaldt en planet. Noget på størrelse med Neptun i solsystemet? Spørg ikke engang. Ingen ville argumentere for denne, ikke engang mig.