Nové vrásky při hledání „Planet X“

Jsou astronomové uváděni v omyl nepředvídatelným uspořádáním orbit, které nalézají ve vzdáleném Kuiperově pásu?

I když počet známých planet kolem jiných hvězd stále stoupá, malá skupina pozorovacích astronomů a dynamistů je upoutána na něco mnohem blíže domovu: tantalizující stopy, které planeta super-země skrývá neobjevená někde za Kuiperovým pásem v našem vlastní sluneční soustava.

Někteří to dabovali „Planet X“, „Jiní“ Planet 9 “a právě teď pozorovací týmy používají některý z největších dalekohledů světa v závodě, aby ho sledovaly. Velkým problémem je, že si nejsou jisti, kde hledat, nebo zda vůbec existují.

Oběžné dráhy pro šest nejznámějších známých objektů ve sluneční soustavě od počátku roku 2016, jejichž oběžné dráhy (znázorněné purpurovou) zůstávají za Neptunem, všechny jsou vyrovnány jedním směrem. Hypotesizovaná masivní planeta 9 (oranžová orbita) by mohla být zodpovědná za jejich matoucí uspořádání.
Caltech / Robert Hurt

Dosavadní důkazy jsou čistě okolní. Abychom to shrnuli, pozorovatelé začali hromadit objevy třídy vzdálených objektů v jakémsi dynamickém „zemi nikoho“. Mají velmi excentrické oběžné dráhy, které průměrují nejméně 150 astronomických jednotek od Slunce (pětinásobná Neptunova vzdálenost), ale nikdy se nepřibližují blíže ke Slunci než Neptunovy 30 au

Průnik oběžné dráhy objektu s ekliptickou rovinou (referenční rovinou) se nazývá linie uzlů, protože spojuje těžiště se vzestupnými a sestupnými uzly. Tato rovina společně s vernálním bodem (♈) vytváří referenční rámec, který definuje oběžné dráze jedinečně v trojrozměrném prostoru.
Lasunncty / Wikipedia / CC BY-SA 3.0

Chadwick Trujillo (tehdy v Gemini Observatory) a Scott Sheppard (Carnegie Institution for Science) byli prvními, kteří si uvědomili, že prvních 12 takových objevů mělo perihelii, bod svých orbitů nejblíže ke Slunci, blízko ekliptické roviny ( argument perihelion pro každého byl blízko 0 ° nebo 180 °). Ačkoli si původně mysleli, že toto uspořádání může být způsobeno vzdálenou masivní planetou, analýza loňského roku provedla Ann-Marie Madigan (University of California, Berkeley) a Michael McCourt (Harvard University), že jedna velká planeta by to neudělala - ale že by masivní disk objektů Kuiper Belt v excentrických drahách.

Mezitím si Konstantin Batygin a Michael Brown (Caltech) uvědomili, že délka těchto perihelií se také shlukuje na jedné straně Slunce. K takovému zarovnání by nedošlo náhodou: Podlouhlé oběžné dráhy těchto objektů by se měly postupně precesovat (otáčet) kolem Slunce různými rychlostmi, takže současná konvergence by se měla rozpadnout asi za 10 milionů let, krátce ve srovnání s věkem sluneční soustavy. Ale jediná, masivní planeta - sama o sobě na vysoce excentrické oběžné dráze - mohla pozorovaný orbitální řád uložit pomocí jemných, dlouhodobých gravitačních poruch.

Jsou pozorování neobjektivní?

Po celou dobu byla otravná otázka, zda vzorek pouhých tuctu objektů, ať už by jejich oběžné dráhy mohly být sdruženy, je dostačující pro vytvoření robustního statistického případu pro masivní neviditelnou planetu. Je jejich orbitální shromáždění skutečné, nebo je to jen podivný výsledek kvůli tomu, jak je pozorovatelé hledali? Dvě nedávné analýzy nabízejí protichůdné odpovědi na tuto zásadní otázku.

Tým vedený Cory Shankman (University of Victoria, Kanada) tvrdí, že observační zaujatost zkresluje naše vnímání reality. Analýza byla zveřejněna 18. června a měla by se objevit v Astronomickém časopise a podrobně popisuje, jak průzkum Země původu sluneční soustavy objevil (začátek v roce 2013) osm nových objektů Kuiper Belt, které jsou v průměru nejméně 150 au od Slunce a nikdy se nepřibližují. než 30 au Jeden nález, 2013 SY 99, sahá ve své sluneční vzdálenosti od 50 au neuvěřitelných 1 400 au

Při nominální hodnotě mají některé z těchto osmi objektů orbity zhruba zarovnané s tuctem dřívějších nálezů, jiné ne. Ještě důležitější je, že simulace pozorovací strategie projektu naznačují, že „orbitální distribuce ve vzorku OSSOS mohla být výsledkem náhodně orientované populace objektů - nevyžaduje shlukování, o kterém tvrdili ostatní.“ Obecněji řečeno, Shankman a jeho kolegové tvrdí, že zjevné seskupení je artefakt toho, jak jsou tato náročná pozorování - OSSOS a dalších - prováděna.

Zaprvé, protože tyto objekty mají tak silně protáhlé oběžné dráhy, je mnohem pravděpodobnější, že budou objeveny, když jsou blízko (v blízkosti perihelionu). A pokud je pozorovatelé neustále hledají podél ekliptiky nebo daleko od přetížené roviny Mléčné dráhy, jak tomu často bývá, výsledkem je shluk objektů v těchto preferovaných směrech. Tým OSSOS uznává toto observační předpojatost a dochází k závěru, že by mohl přednostně zametat předměty z jinak náhodného rozdělení, které má orbitální vlastnosti.

Platí však tato logika pro shlukování, které uvádějí Trujillo / Sheppard a Batygin / Brown? V analýze zveřejněné právě minulý týden Brown dospěl k závěru, že observační zaujatost nedokáže vysvětlit shlukování původních 12 vzdálených excentrických KBO. „Shankman [a jeho kolegové] učinili neopodstatněný závěr, že„ pokud je náš průzkum zaujatý, musí být také všichni ostatní, “říká Brown.

Černé čáry ukazují rozsah možných umístění a pozorovací charakteristiky pro domnělou „planetu 9“. (Červené čáry vymezují Mléčnou dráhu.) Mohlo by to být kdekoli na jeho oběžné dráze, které by mohlo mít období 10 000 až 20 000 let.
Konstantin Batygin a Mike Brown

"[Průzkum OSSOS] byl proveden pouze na několika podélných místech, což ztěžuje říci hodně o oblastech, které nezkoumaly, " říká Sheppard. Přesto dodává: „Je skvělé, že se nalézají extrémnější objekty, “ protože do této chvíle se všichni potýkají se statistickými pravděpodobnostmi založenými na velmi omezeném vzorku.

Jedním jistým způsobem, jak ukončit všechny spekulace, by samozřejmě bylo najít tuto hypotetickou planetu. Batygin a Brown odhadují, že musí mít alespoň desetinásobnou hmotnost Země a několikrát větší. Jejich simulace však tvrdí, že také musí být na velmi protáhlé oběžné dráze, která je v průměru asi 700 au (100 miliard kilometrů) od Slunce. Na této oběžné dráze utratí většinu svého 10 000 až 20 000 letého orbitálního období velmi daleko od perihelionu. Možná to není jasnější než velikost 22 - výzva, kterou lze spatřit i v těch nejlepších dalekohledech.

Takže Brown i Trujillo / Sheppard se budou dívat v příštích měsících a oba používají 8, 2 metru Subaru Telescope na Mauna Kea. „Buď to najdeme, nebo ne, “ říká Brown. "Moje peníze stále hledají."

Důkazy pro další planetu Kuiper Belt

Mezitím třetí analýza vzdálených drah také tvrdí, že Kuiperův pás má planetu, i když tato není zdaleka tak masivní nebo daleko.

Kathyrn Volk a Renu Malhotra (University of Arizona) analyzovali oběžné dráhy více než 600 objektů Kuiper Belt a zjistili, že ti, kteří obíhají relativně blízko, mají orientace, které společně odpovídají průměrné rovině našeho planetárního systému (známé jako neměnná rovina) ) do 2 °.

Avšak vzdálenější, ty, které se v průměru pohybují od 50 do 80 au od Slunce, se odchylují od neměnné roviny zhruba o 9 ° a vytvářejí určitý druh osnovy v celkovém rozdělení oběžné dráhy. "Neexistuje více než 1% nebo 2% šance, že tato osnova je jen statistická náhoda, " zdůrazňuje Volk. Místo toho mají s Malhotrou podezření, že osnova je způsobena něčím přinejmenším tak masivním jako Mars, který se nachází zhruba 60 au od Slunce na oběžné dráze 8 ° nakloněné k letadlu.

Pokud je nová analýza správná, hypotetizovaný „objekt planetární hmoty“ oznámí svou existenci změnou orbitálních rovin vzdálených objektů Kuiperova pásu.
Univ. z Arizony / Heather Roper

Takže by už nebylo takové tělo spatřeno? Možná ne. Jak Volk poznamenává v univerzitní tiskové zprávě, existuje 30% šance, že průzkumy společnosti Kuiper Belt by dosud přehlédly objekt správného jasu a vzdálenosti. Pokud skutečně existuje, měl by jej velký dalekohled s velkým přehledem rychle rozmetat, jakmile za několik let začne prát oblohu.