Den 20 januari 2016 meddelade forskarna Konstantin Batygin och Michael Brown från California Institute of Technology att de hade hittat bevis för en massiv planet vid kanten av solsystemet. Baserat på matematiska och datorsimuleringar förutspådde de att planeten skulle vara superjordar, två till fyra gånger jordens storlek och 10 gånger mer massiva. De beräknade också att med tanke på planetens avstånd och dess extremt långsträckta bana, kretsar planeten om solen på 10 000–20 000 år.
Sedan dess har många forskare svarat med sin egen forskning om den eventuella existensen av denna mystiska "nionde planet", som den tillfälligt kallades. En av de senaste studierna genomfördes vid University of Arizona. Forskare har visat att de extrema excentriciteterna i avlägsna Kuiper-bälteföremål kan indikera att de har korsat en massiv planet tidigare.
Vid den tiden var det redan känt att det finns flera objekt i Kuiper-bältet, vars dynamik skiljer sig från andra. Medan de flesta av dem är föremål för gasjättarnas allvar i deras nuvarande omlopp (som Neptunus), har vissa medlemmar av den spridda skivan i Kuipers bältepopulation ovanligt nära banor.
När Batygin och Brown först tillkännagav sitt fynd i januari noterade de att dessa föremål var starkt grupperade i förhållande till positionerna för deras perihelier och orbitalplan. Dessutom visade deras beräkningar att chanserna att ett sådant arrangemang bildas av misstag är extremt små (sannolikheten uppskattades till 0,007%).
Istället föreslog de att en avlägsen excentrisk planet var ansvarig för att bestämma banorna för dessa föremål. För detta måste planeten vara tio gånger mer massiv än jorden, och dess omlopp måste ligga i samma plan (men med en perihel 180 grader avböjd från perihelion av objekt).
En sådan planet erbjuder inte bara en förklaring till närvaron av mycket perihelionella Sedna-liknande föremål, det vill säga planetoider med extremt excentriska banor runt solen. Det hjälper också till att förklara var avlägsna och kraftigt avböjda föremål från det yttre solsystemet kommer ifrån, eftersom deras ursprung fortfarande är oklart fram till i dag.
I sitt arbete tog forskare från University of Arizona - inklusive professorerna Renu Malhotra, Dr. Katrin Volk och Jiang Wong - ett annat perspektiv. Om den nionde planeten korsade sig med vissa mycket excentriska Kuiper-bälteföremål, spekulerade de, chansen är stor att dess omlopp är i resonans med dessa föremål.
Kampanjvideo:
Så små kroppar kastades ständigt ut från solsystemet på grund av möten med stora föremål som kränkte deras banor. För att undvika utstötning måste små kroppar skyddas av omloppsresonans. Även om dessa små och stora föremål kan korsa banor, kommer de aldrig tillräckligt nära för att ha en kraftfull effekt på varandra.
Så här förblev Pluto en del av solsystemet trots att han hade en excentrisk bana som regelbundet korsar Neptuns väg. Även om banorna mellan Neptunus och Pluto skär varandra kommer de aldrig tillräckligt nära för att Neptuns inflytande ska driva Pluto ut ur solsystemet. Av samma anledning har forskare föreslagit att Kuiper Belt-föremål som noterats av Batygin och Brown kan vara i orbitalresonans med den nionde planeten.
I ett brev till Universe Today berättade Malhotra, Wolf och Wong följande:
”Kuiperbältesobjekten som vi har studerat i vårt arbete skiljer sig från andra eftersom de har mycket långa och mycket långsträckta banor, men deras närmaste inställning till solen är inte tillräckligt nära för att påverkas väsentligt av Neptunus. Således har vi sex av dessa objekt, vars banor påverkas något av de kända planeterna i vårt solsystem. Men om i flera a. Det vill säga det fanns en annan planet från solen som ännu inte upptäcktes, den skulle påverka sex av dessa föremål."
Efter att ha studerat omloppsperioderna för ett antal objekt - Sedna, 2010 GB174, 2004 VN112, 2012 VP113 och 2013 GP136 - drog de slutsatsen att en hypotetisk planet med en omloppsperiod på 17 117 år (med en semiaxis av 665 AU) nödvändigtvis måste ha periodiska relationer med dessa objekt. Detta passar parametrarna för 10 000–20 000 år av omloppsperioden som Batygin och Brown pratade om.
Deras analys gör också antaganden om vilken typ av resonans planeten har med de utsedda föremålen. Omkringstiden för Sedna bör vara i resonans med planeten 3: 2, 2010 GB174 - 5: 2, 2994 VN112 - 3: 1, 2004 VP113 - 4: 1, 2013 GP136 - 9: 1. En sådan resonans kunde helt enkelt inte ha bildats i frånvaro av en stor planet.
”För att en påtaglig resonans ska manifestera sig i det yttre solsystemet måste ett av föremålen ha en massa som kan ha en stark gravitationell effekt på den andra”, skriver forskarna. "Ovanliga Kuiper-bältesobjekt är inte tillräckligt massiva för att resonera med varandra, men det faktum att deras omloppsperioder faller i regionen med enkla relationer kan innebära att de är i resonans med ett massivt osynligt objekt."
Vad som är särskilt uppmuntrande är att deras resultat kan begränsa utbudet av möjliga platser för planet nio. Eftersom varje omloppsresonans ger en geometrisk koppling mellan de involverade kropparna, kan resonanskonfigurationerna för dessa objekt hjälpa astronomer att hitta rätt punkter i vårt solsystem att söka efter.
Men naturligtvis erkänner Malhotra och hennes kollegor öppet att flera okända variabler kvarstår och ytterligare observation med forskning behövs för att bekräfta existensen av den nionde planeten:
”Det finns en hel del osäkerheter. Banorna för dessa extrema Kuiper-bälteföremål är inte välkända eftersom de rör sig mycket långsamt på himlen och vi observerar bara en liten bråkdel av deras banorörelse. Så deras omloppsperioder kan skilja sig från nuvarande uppskattningar, och vissa av dem kan gå ur resonans med en hypotetisk planet. Det finns också en möjlighet att dessa objekts omloppsperioder är relaterade; vi har ännu inte observerat många sådana objekt och vi har begränsad data."
Astronomer och vi kommer att vänta på ytterligare observationer och beräkningar. Men under tiden måste vi erkänna att möjligheten att den nionde planeten existerar är mycket spännande. Kanske, i ledningen av planeterna i vårt solsystem, kommer det åter att finnas alla nio fighters (sorry Pluto).
