Hvordan vi opdagede 840 mindre planeter hinsides Neptun - og hvad de kan fortælle os

Vores solsystem er et lille, men vidunderligt velkendt hjørne af det store, mørke univers – vi har endda været i stand til at lande rumfartøjer på vores himmelske naboer. Alligevel er dens ydre rækkevidde stadig bemærkelsesværdigt ukortlagt. Nu har vi opdaget 840 små verdener i den fjerne og svære at udforske region uden for Neptun. Dette er det største sæt af opdagelser, der nogensinde er gjort, øge antallet af fjerne objekter med velkendte stier rundt om solen med 50 %.

Disse små iskolde verdener er vigtige, da de hjælper os med at fortælle solsystemets historie. De kan også hjælpe os med at teste ideen om, at der er en endnu uset planet, der lurer i det ydre solsystem.

Vores planetsystem, som vi ser det i dag, er ikke, som det blev dannet. Da solen var nyfødt, det var omgivet af en massiv skive af materiale. Møder med små, voksende planeter – inklusive nogle af de verdener, vi lige har opdaget – flyttede kæmpeplaneterne udad fra solen, indtil de slog sig ned på deres nuværende placeringer. De voksende planeter, på den anden side, gik overalt, spredning både indad og udad.

Planetarisk migration skete også i fjerntliggende systemer omkring mange andre stjerner. Heldigvis, himmellegemerne i vores eget planetsystem er forholdsvis tæt på, hvilket gør det til det eneste sted, hvor vi kan se de indviklede detaljer om, hvordan migrationen skete. Kortlægning af de mindre planetpopulationer, der er tilbage fra disken, lader os rekonstruere historien om, hvordan de store planeter blev skubbet på plads.

Kortlægning af himlen

De nye opdagelser blev gjort som en del af et femårigt projekt kaldet Outer Solar System Origins Survey (OSSOS). Observationerne, gennemført i 2013-2017, brugte billedkameraet fra et af verdens store teleskoper – Canada-France-Hawaii Telescope på Maunakea på Hawaii. Undersøgelsen ledte efter svage, langsomt bevægende lyspunkter inden for otte store pletter af himlen nær planeternes plan og væk fra Mælkevejens tætte stjernefelter.

Med 840 opdagelser gjort i afstande mellem seks og 83 astronomiske enheder (au) – en sådan enhed er afstanden mellem solen og Jorden – giver undersøgelsen os et meget godt overblik over de mange slags kredsløb disse "trans-neptunske objekter" har.

Tidligere undersøgelser har lidt under at miste nogle af deres fjerne opdagelser - når der forekommer for få observationer, den forudsagte vej for en mindre planet på himlen vil være så usikker, at et teleskop ikke kan få øje på den igen, og det betragtes som "tabt". Dette sker mere for objekter med meget hældende og langstrakte baner, producerer en skævhed i, hvad der i øjeblikket er kendt om disse populationer.

Vores nye undersøgelse har med succes sporet alle dens fjerne opdagelser. De hyppige snapshots, vi lavede af de 840 objekter gennem flere år, betød, at hver lille verdens kredsløb kunne bestemmes meget præcist. I alt, mere end 37, 000 håndtjekkede målinger af de hundredvis af opdagelser, der præcist fastholdt deres buer hen over himlen.

Vi skabte også en tilhørende software "simulator" (en computermodel), som giver et kraftfuldt værktøj til at teste vores solsystems beholdning og historie. Dette lader teoretikere teste deres modeller af, hvordan solsystemet kom til at være i den form, vi ser det i dag, sammenligne dem med vores virkelige opdagelser.

Mærkelige nye verdener

De nye iskolde og stenede genstande falder i to hovedgrupper. Den ene omfatter dem, der ligger på runde baner i Kuiperbæltet, som strækker sig fra 37au til cirka 50au fra solen. Den anden består af verdener, der kredser i en omhyggelig undvigelsesdans med Neptun, når den rejser rundt om solen. Disse "resonante" trans-neptunske objekter, som inkluderer Pluto, blev skubbet ind i deres nuværende aflange baner under Neptuns migration udad.

I Kuiperbæltet, vi fandt 436 små verdener. Deres baner bekræfter, at en koncentreret "kerne" af befolkningen putter sig næsten perfekt rundt, flade baner ved 43 til 45au. Disse stille baner kan have været uforstyrrede siden solsystemets daggry, en rest brøkdel af den originale disk. Snart, vi vil se et medlem af denne gruppe tæt på:New Horizons rumfartøjet, som besøgte Pluto i 2015, vil flyve forbi en verden, der er på størrelse med London på nytårsdag 2019.

Vi fandt 313 resonante trans-neptunske objekter, med undersøgelsen, der viser, at de eksisterer så langt ude som en utrolig 130au - og er langt mere rigelige end hidtil antaget. Blandt disse opdagelser er dværgplaneten 2015 RR245, hvilket er omkring halvdelen af ​​Storbritanniens størrelse. Det kan være hoppet op på sin nuværende bane ved 82au efter et møde med Neptun for hundreder af millioner af år siden. Det var engang blandt de 90, 000 spredte genstande af mindre størrelse, som vi vurderer, findes i øjeblikket.

Er der flere planeter?

Blandt de mest usædvanlige opdagelser er ni små verdener på utroligt fjerne baner, kommer aldrig tættere på solen end Neptuns bane, og tager så lang tid som 20, 000 år at rejse rundt om vores stjerne. Deres eksistens indebærer en uset befolkning på hundredtusindvis af trans-neptunske objekter på lignende baner.

Hvordan disse objekter kom på deres nuværende veje er uklart - nogle kredser så langt ud, at selv ved deres nærmeste tilgang, de bliver knap trukket af Neptuns tyngdekraft. En forklaring, der er blevet fremført, er, at en endnu uset stor planet, nogle gange kaldet "Planet Nine", kunne få dem til at samle sig i rummet. Imidlertid, vores ni mindre planeter ser alle ud til at være spredt jævnt ud, i stedet for at klynge sammen. Måske er hyrden på en så stor planet mere subtil - eller disse baner er i stedet dannet på en anden måde.

Historien om vores solsystem er lige begyndt at blive fortalt. Vi håber, at dette nye sæt af opdagelser vil hjælpe med at samle historien.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.