Planeta X i drobne wątpliwości

Jakiś czas temu zamieściłem na fanpage linka do filmu o badaniach, które miałyby podważać hipotezę o istnieniu Planety X. Domagaliście się notki, więc oto ona. Z pomocą przyszedł sam Mike Brown oraz Konstantin Batygin. Ten pierwszy udzielił świetnego webinaru dla Instytutu Astrofizyki Uniwersytetu Chile, ten drugi jest bardzo aktywny na twitterze i odpisuje nawet jakimś losowym dziwakom.

Kiedyś już pisałem o dziewiątej planecie, ale był to dość krótki komentarz. Dziś krótko skomentuję wątpliwości, natomiast spróbuję trochę szerzej napisać o tym skąd pojawiła współczesna hipoteza o Planecie X, oraz jak wyglądają jej poszukiwania. To ciekawe i jeśli zakończy się sukcesem, będzie kolejną piękną kartą w historii nauki. Postawiono hipotezę, która generuje pewne przewidywania, te pokrywają się z obserwacjami, co więcej zupełnie przypadkiem hipoteza ta tłumaczy też inne zjawiska w układzie słonecznym.


WĄTPLIWOŚCI

A zatem, by mieć to z głowy. Przewidywania o Planecie X bazują na specyficznym układzie obiektów krążących dalej niż Neptun. Publikacja która miałaby obalać te przewidywania opiera się na odkryciu nowych obiektów, który rzekomo nie pasują do owego specyficznego układu. Brown i Batygin twierdzą, że nowoodkryte obiekty pasują do przewidywań. Podkreślają również, że jeśli nie byłoby dziewiątej masywnej planety, to zjawiska które wyjaśniłaby jej obecność wymagałyby alternatyw.


NARODZINY HIPOTEZY

Mike Brown sam wspomina, że w ciągu ostatniego stulecia jakieś dwadzieścia pięć razy postulowano istnienie lub odkrycie planety poza Plutonem. Wszyscy ci astronomowie byli w błędzie. Co przekonało jego?

Historia zaczyna się wraz z odkryciem Sedny w 2002. Orbita Neptuna uznawana jest za rubież układu Słonecznego. Znajduje się on ok 30 AU (jednostek astronomicznych) od Słońca. Tymczasem Sedna ze swoją wydłużoną orbitą krąży od 76 do 883 AU od Słońca. Graficznie możecie to zobaczyć na animacji obok - Sedna to ta fioletowa orbita skierowana w lewy dolny róg.

Kluczowe jest nie to jak bardzo wydłużona jest jej orbita, ale to, że nawet w najbliższym względem Słońca punkcie Sedna była znacznie dalej niż Neptun. Gdy obiekty zbliżają się do Neptuna jego grawitacja może je przyspieszyć lub zwolnić. Zwolnione spadną w głąb układu słonecznego, przyspieszone powędrują dalej, ale ich peryhelium (punkt najbliższy

Słońca) wciąż będzie bliski Neptunowi. To, że Sedna nie zbliżała się nawet do Neptuna oznaczało, że musiało istnieć źródło grawitacji zewnętrznej. I w pierwszej chwili Mike Brown uznał, że mogła być to przechodząca w pobliżu gwiazda. Sądził wręcz, że mógłby to być ślad po narodzinach Słońca, gdy jeszcze było w gromadzie młodych gwiazd. Alternatywą była duża planeta daleko poza orbitą Neptuna. Możliwe było również, że to nie tyle interakcja z wieloma gwiazdami co jedno bliskie spotkanie z nieokreśloną gwiazdą.

Obok możecie zobaczyć trzy proponowane rozwiązania oraz przewidywany rozkład orbit każdego z nich. Możecie domyślać się co wskazywały kolejne odkrycia obiektów transneptunowych. To jednak nie wszystko.


KOLEJNE OBIEKTY

Kolejne obiekty poza orbitą Neptuna łączyła jeszcze jedna interesująca cecha. Podobnie jak w przypadku Plutona ich orbity były nie tylko wydłużone ale i nachylone względem płaszczyzny dysku układu słonecznego w specyficzny sposób. Mianowicie - przecinały tenże dysk w peryhelium (po astronomicznemu - miały argument peryhelium oscylujący wokół zera). Wiecie co może wyjaśnić taki stan? Tak - masywna planeta.

To nie wszystko. Orbity te łączył również podobny kierunek, wyłaniał się obraz coraz bardziej podobny do tego jak wyglądał scenariusz dla planety.


SYMULACJE NUMERYCZNE

Panowie przeprowadzili symulacje, które pokazały, co hipotetyczna Planeta X zrobiłaby z obiektami w Pasie Kuipera. Tu najlepiej zobaczyć fragment webinara miej więcej od 33:00 do 35:00. Ale dla leniuchów przedstawiam kilka zrzutów ekranu.

To co widać, z czasem to że Planeta X pozbywa się obiektów krążących na większych orbitach zwróconych w podobnym kierunku, zostaje tylko wachlarz skierowany w drugą stronę. Dlaczego? Bo na orbicie eliptycznej obiekty poruszają się wolniej z dala od Słońca i szybciej w okolicy peryhelium. W tym układzie widać, że “ocalałe” planetoidy po prostu większość czasu spędzają z daleka od Planety X, która ma mniej okazji by wepchnąć je w głąb lub wytrącić je poza układ słoneczny. Jednocześnie te bliższe wpływom Neptuna mają się znacznie lepiej i nie ulegają tej tendencji. To dlatego, że ten gigant może równoważyć wpływy hipotetycznej planety.


PRZEWIDYWANIA

Model Browna i Batygina, przewidywał, że powinna istnieć też grupa biektów, których elipsy nie będą po przeciwnej stronie, ale pod kątem 90° do dziewiątej planety i nachyleniu względem dysku układu słonecznego również pod kątem 90°.

Początkowo próbowali oni wyrugować je ze swojego modelu, bo sądzili nie, że nie ma takich prostopadłych obiektów. Ale model był nieubłagany. Tymczasem okazało się, że nie trzeba nic modyfikować, bo pięć takich obiektów istniało. Ten szpetny wykres pokazuje przewidywane inklinacje orbit i argumenty peryhelium. Niebieskie kropki to wspomniana piątka, a czerwone to Sedna i spółka.


POSZUKIWANIA

Brown stwierdził, że to właśnie wtedy uwierzył, że dziewiąta planeta naprawdę istnieje. Hipoteza stała się bliższa teorii. Wyjaśniała kilka różnych cech obiektów w układzie słonecznym. Panowie zaczęli kalkulować najbardziej prawdopodobne parametry orbity i samej planety X, by można było zacząć jej poszukiwać.

Napawa mnie to dreszczem emocji, bo to bardzo podobne do tego jak odkryto Neptuna. Jego lokalizację wyliczono po tym jak ruch Urana na orbicie nie zgadzał się z obliczeniami astronomów. Stwierdzili oni, że prawdopodobnie wpływa na niego inna planeta. Matematyka zatriumfowała. Poszukiwania przypominają też trochę polowanie na Bozon Higgsa.

Panowie wykonali szereg symulacji które wskazały, że najprawdopodobniejszy rozmiar orbity Planety X to ok 300 AU a jej masa jest około sześciokrotnie większa od Ziemi. To oznacza, że jeśli dziewiąta planeta istnieje, to będzie piątą największą planetą w naszym układzie. Trochę mniejszą od Urana i Neptuna. Oszacowali też jej inklinację. Uzbrojeni w to wszystko wyznaczyli mapę nieba, gdzie widać jakie jest prawdopodobieństwo by znaleźć Planetę w danym miejscu. Pozostaje tylko ją znaleźć…

I póki co jest trochę jak z bozonem Higgsa. Wykluczono większość “łatwiejszych lokacji”. Oczywiście największe prawdopodobieństwo przypadło na te niełatwe - czyli tam gdzie znajduje się płaszczyzna Drogi Mlecznej (czyli trudniej obserwować ciemny odległy obiekt). W ostatnim czasie udało się odrzucić część “gorącego” obszaru. Póki co bez powodzenia. Kto pamięta jak uparcie i do ostatniej chwili chował się Higgs, dostrzeże podobieństwo. Czy Brown i Batygin mają rację, powinniśmy się dowiedzieć w ciągu niecałych dziesięciu lat.


CZARNE OWIECZKI

Teoria o dziewiątej planecie zakłada, w gigantycznym uproszczeniu, że około 80% obiektów w Pasie Kuipera będzie zgodnych z modelem. Na ten moment zgodność wynosi około 90%, dlatego obaj panownie nie przejmują się zbytnio głosami przeciwko Planecie X. Co więcej Konstantin wyjaśnia, że im obiekty są związane bliżej z Neptunem (niskie peryhelium), tym rzadziej będą gromadzić się w kierunku przeciwnym do orbity Planety X. I dokładnie to jest obserwowane.


SUPERPLANETA X

Ostatnie lata pokazały, że wśród planet pozasłonecznych, najliczniejszą grupę stanowią super-Ziemie - to znaczy planety kilkukrotnie większe od Ziemi. Do tej pory wydawało się, że nasz układ jest w tej kwestii nietypowy, bo ma jedynie wielkie gazowe giganty i drobne skalne planety. Być może ta luka zostanie zapełniona.

Można przewidywać, że Planeta X powinna być dość jasna od lodu i zamrożonych gazów, może przypominać krewnego Urana i Neptuna, który po prostu nie zdążył, lub nie był w stanie zgromadzić więcej gazu. Może być dużą zmrożoną skalno-lodową planetą lub małym gazowym gigantem.

Jeśli jednak los był złośliwy, może z jakiegoś powodu dziewiąta planeta jest znacznie ciemniejsza i uniknęła wykrycia w pozornie wykluczonych regionach nieba. Wśród egzoplanet odkryto planety czarniejsze od węgla, każda planeta w układzie słonecznym zaskakiwała astronomów. Więc i Planeta X, jeśli istnieje, na pewno nas zaskoczy. Mam tylko nadzieję, że jej niespodzianką nie będzie ciemna barwa...


Źródła:
How the Icy Asteroids of the Solar System point our Way to Planet 9 - webinar Browna, o który oparłem tą notkę
Planet Nine from Outer Space - świetny, zabawny wykład Konstantina
https://twitter.com/kbatygin/status/1266902054632488960 - twitterowa tyrada Konstantina
https://twitter.com/plutokiller/status/1087495838379651072 - twitterowa tyrada Mike’a
Evidence for a Distant Giant Planet in the Solar System - Konstantin Batygin and Michael E. Brown, publikacja z 2016
Planet 9 Update: New Explanation Of the Orbits Observed - Film Antona od którego zaczęła się ta notka
Striking Biases in the Detection of Large Semimajor Axis Trans-Neptunian Objects - publikacja na którą się powołuje
Astronomers find evidence of a ninth planet in the solar system - ładna wizualizacja
Planet Nine Hypothesis - tu znalazłem obrazki James Tuttle Keane z Caltechu
Planeta X - komentarz Węglowego - moja stara notka z 2016, dziś wydaje się skromna.