Usynligt planetarisk masseobjekt signaleret af skævt Kuiperbælte

En ukendt, uset "planetarisk masseobjekt" kan lure i de ydre rækker af vores solsystem, ifølge ny forskning om mindre planeters kredsløb, der skal offentliggøres i Astronomisk Tidsskrift . Dette objekt ville være anderledes end - og meget tættere på - den såkaldte Planet Nine, en planet, hvis eksistens endnu afventer bekræftelse.

I avisen, Kat Volk og Renu Malhotra fra University of Arizona's Lunar and Planetary Laboratory, eller LPL, præsentere overbevisende beviser for et endnu ikke-opdaget planetarisk legeme med en masse et sted mellem Mars og Jorden. Den mystiske masse, forfatterne viser, har givet væk sin tilstedeværelse - for nu - kun ved at kontrollere kredsløbsplanerne for en population af rumsten kendt som Kuiperbæltsobjekter, eller KBO'er, i den iskolde udkant af solsystemet.

Mens de fleste KBO'er - affald, der er tilbage fra dannelsen af ​​solsystemet - kredser om solen med kredsløbshældninger (hældninger), der er gennemsnittet til det, som planetforskere kalder solsystemets uforanderlige plan, det gør de fjerneste af Kuiperbæltets genstande ikke. Deres gennemsnitlige fly, Volk og Malhotra opdagede, vippes væk fra det ufravigelige plan med omkring otte grader. Med andre ord, noget ukendt fordrejer det gennemsnitlige baneplan i det ydre solsystem.

"Den mest sandsynlige forklaring på vores resultater er, at der er noget uset masse, siger Volk, en postdoc ved LPL og hovedforfatter af undersøgelsen. "Ifølge vores beregninger, noget så massivt som Mars ville være nødvendigt for at forårsage den warp, vi målte."

Kuiperbæltet ligger ud over Neptuns kredsløb og strækker sig til et par hundrede astronomiske enheder, eller AU, med en AU, der repræsenterer afstanden mellem Jorden og solen. Ligesom sin fætter til det indre solsystem, asteroidebæltet mellem Mars og Jupiter, Kuiperbæltet huser et stort antal mindre planeter, for det meste små iskolde kroppe (forstadier til kometer), og et par dværgplaneter.

Til studiet, Volk og Malhotra analyserede hældningsvinklerne for kredsløbsplanerne for mere end 600 objekter i Kuiperbæltet for at bestemme den fælles retning, som disse kredsløbsplaner alle præcesserer. Præcession refererer til den langsomme ændring eller "slingre" i orienteringen af ​​et roterende objekt.

KBO'er fungerer på samme måde som spinning toppe, forklarer Malhotra, der er Louise Foucar Marshall Science Research Professor og Regents' Professor of Planetary Sciences ved LPL.

"Forestil dig, at du har masser af hurtigt snurrende toppe, og du giver hver enkelt et lille skub, " siger hun. "Hvis du så tager et øjebliksbillede af dem, du vil opdage, at deres spin-akser vil have forskellige orienteringer, men i gennemsnit, de vil pege på Jordens lokale gravitationsfelt.

"Vi forventer, at hver af KBO'ernes orbitale hældningsvinkel har en anden orientering, men i gennemsnit, de vil pege vinkelret på det plan, der er bestemt af solen og de store planeter."

Hvis man skulle tænke på det gennemsnitlige baneplan for objekter i det ydre solsystem som et ark, det burde være ret fladt forbi 50 AU, ifølge Volk.

"Men går man længere ud fra 50 til 80 AU, vi fandt ud af, at gennemsnitsplanet faktisk vrider sig væk fra det ufravigelige plan, " forklarer hun. "Der er en række usikkerheder for den målte warp, men der er ikke mere end 1 eller 2 procents chance for, at denne skævhed blot er et statistisk udfald af den begrænsede observationsprøve af KBO'er."

Med andre ord, effekten er højst sandsynligt et reelt signal snarere end et statistisk lykketræf. Ifølge beregningerne, et objekt med massen af ​​Mars, der kredser omkring 60 AU fra solen i en bane, der hælder omkring otte grader (til gennemsnitsplanet for de kendte planeter) har tilstrækkelig gravitationspåvirkning til at fordreje kredsløbsplanet for de fjerne KBO'er inden for omkring 10 AU for at begge sider.

"De observerede fjerntliggende KBO'er er koncentreret i en ring på omkring 30 AU bred og ville føle tyngdekraften af ​​et sådant planetmasseobjekt over tid, " sagde Volk, "så det er ikke urimeligt at antage en planetmasse for at forårsage den observerede skævhed over den afstand."

Dette udelukker muligheden for, at det postulerede objekt i dette tilfælde kunne være den hypotetiske Planet Nine, hvis eksistens er blevet foreslået baseret på andre observationer. Den planet forventes at være meget mere massiv (ca. 10 jordmasser) og meget længere ude ved 500 til 700 AU.

"Det er for langt væk til at påvirke disse KBO'er, " sagde Volk. "Det skal bestemt være meget tættere på end 100 AU for at påvirke KBO'erne i det område væsentligt."

Fordi en planet, Per definition, skal have ryddet sin bane for mindre planeter såsom KBO'er, forfatterne omtaler den hypotetiske masse som et planetarisk masseobjekt. Dataene udelukker heller ikke muligheden for, at warp kan skyldes mere end ét planetarisk masseobjekt.

Så hvorfor har vi ikke fundet det endnu? Højst sandsynlig, ifølge Malhotra og Volk, fordi vi endnu ikke har søgt hele himlen efter fjerne solsystemobjekter. Det mest sandsynlige sted et planetarisk masseobjekt kunne gemme sig ville være i det galaktiske plan, et område så tæt pakket med stjerner, at solsystemundersøgelser har en tendens til at undgå det.

"Chancen for, at vi ikke har fundet et sådant objekt med den rigtige lysstyrke og afstand, blot på grund af undersøgelsernes begrænsninger, anslås til at være omkring 30 procent, " sagde Volk.

Et muligt alternativ til et uset objekt, der kunne have forvirret planet af ydre Kuiperbælt-objekter, kunne være en stjerne, der summede solsystemet i nyere (efter astronomiske standarder) historie, sagde forfatterne.

"En forbipasserende stjerne ville trække alle 'snurretoppene' i én retning, " sagde Malhotra. "Når stjernen er væk, alle KBO'er vil gå tilbage til at precessere omkring deres tidligere fly. Det ville have krævet en ekstrem tæt passage ved omkring 100 AU, og kædetråden ville være slettet inden for 10 millioner år, så vi betragter ikke dette som et sandsynligt scenario."

Menneskehedens chance for at få et glimt af det mystiske objekt kan komme ret hurtigt, når konstruktionen af ​​det store synoptiske undersøgelsesteleskop er afsluttet. Drevet af et konsortium, der inkluderer UA og er planlagt til første lys i 2020, instrumentet vil tage hidtil uset, realtidsundersøgelser af himlen, nat efter nat.

"Vi forventer, at LSST vil bringe antallet af observerede KBO'er fra i øjeblikket omkring 2000 til 40, 000, " sagde Malhotra. "Der er mange flere KBO'er derude - vi har bare ikke set dem endnu. Nogle af dem er for langt og mørke, selv for LSST at få øje på, men fordi teleskopet vil dække himlen meget mere omfattende end nuværende undersøgelser, det burde være i stand til at detektere dette objekt, hvis det er derude."