Hvorfor astronomer nu tvivler på, at der er en uopdaget 9. planet i vores solsystem

Planet Nine er en teoretisk, uopdaget kæmpeplanet i de mystiske fjernområder af vores solsystem.

Tilstedeværelsen af ​​Planet Nine er blevet antaget for at forklare alt fra hældningen af ​​solens spin-akse til den tilsyneladende klyngedannelse i banerne af små, iskolde asteroider hinsides Neptun.

Men eksisterer Planet Nine faktisk?

Opdagelser på kanten af ​​vores solsystem

Kuiperbæltet er en samling af små, iskolde kroppe, der kredser om solen ud over Neptun, ved afstande større end 30 AU (én astronomisk enhed eller AU er afstanden mellem Jorden og solen). Disse Kuiper-bælteobjekter (KBO'er) varierer i størrelse fra store kampesten til 2, 000 km på tværs. KBO'er er små rester af planetmateriale, som aldrig blev inkorporeret i planeter, ligner asteroidebæltet.

Opdagelserne fra den mest succesrige Kuiperbæltsundersøgelse til dato, Outer Solar System Origins Survey (OSSOS), foreslå en mere snedig forklaring på de baner, vi ser. Mange af disse KBO'er er blevet opdaget at have meget elliptiske og hældende baner, ligesom Pluto.

Matematiske beregninger og detaljerede computersimuleringer har vist, at de baner, vi ser i Kuiperbæltet, kun kan være blevet skabt, hvis Neptun oprindeligt dannede et par AU tættere på solen, og vandrede udad til sin nuværende bane. Neptuns migration forklarer udbredelsen af ​​stærkt elliptiske baner i Kuiperbæltet, og kan forklare alle de KBO-baner, vi har observeret, bortset fra en håndfuld KBO'er på ekstreme baner, der altid holder sig mindst 10 AU ud over Neptun.

Bevis for Planet Nine?

Disse ekstreme baner har givet det stærkeste bevis for Planet Ni. De første få, der blev opdaget, var alle begrænset til en kvadrant af solsystemet. Astronomer forventer at observere baner i alle forskellige orienteringer, medmindre der er en udefrakommende kraft, der begrænser dem. At finde flere ekstreme KBO'er på baner, der pegede i samme retning, var en antydning af, at der foregik noget. To separate grupper af forskere beregnede, at kun en stor, meget fjern planet kunne holde alle banerne begrænset til en del af solsystemet, og teorien om Planet Nine blev født.

Planet Nine er teoretiseret til at være fem til 10 gange så massiv som Jorden, med et kredsløb på mellem 300-700 AU. Der har været flere offentliggjorte forudsigelser for dens placering i solsystemet, men ingen af ​​søgeholdene har endnu opdaget det. Efter mere end fire års søgning, der er stadig kun indirekte beviser til fordel for Planet Nine.

Søgningen efter KBO'er

At søge efter KBO'er kræver omhyggelig planlægning, præcise beregninger og omhyggelig opfølgning. Jeg er en del af OSSOS, et samarbejde mellem 40 astronomer fra otte lande. Vi brugte Canada-France-Hawaii-teleskopet over fem år til at opdage og spore mere end 800 nye KBO'er, næsten en fordobling af antallet af kendte KBO'er med velafmålte baner. KBO'erne opdaget af OSSOS varierer i størrelse fra nogle få kilometer til over 100 km, og rækkevidde i opdagelsesafstand fra nogle få AU til over 100 AU, med flertallet på 40-42 AU i hovedkuiperbæltet.

KBO'er udsender ikke deres eget lys:Disse små, iskolde kroppe reflekterer kun lys fra solen. Dermed, skævhederne mod detektion ved større afstande er ekstreme:hvis du flytter en KBO 10 gange længere væk, det bliver 10, 000 gange svagere. Og på grund af fysikkens love, KBO'er på elliptiske baner vil tilbringe det meste af deres tid i de fjerneste dele af deres baner. Så, mens det er let at finde KBO'er på elliptiske baner, når de er tæt på solen og lyse, disse KBO'er bruger mest tid på at være meget svagere og sværere at opdage.

Dette betyder, at KBO'erne på elliptiske baner er særligt svære at opdage, især de ekstreme, der altid holder sig relativt langt fra solen. Kun få af disse er blevet fundet til dato, og med nuværende teleskoper, vi kan kun opdage dem, når de er tæt på pericentret - det nærmeste punkt på solen i deres bane.

Dette fører til en anden observationsbias, som historisk set er blevet ignoreret af mange KBO-undersøgelser:KBO'er i hver del af solsystemet kan kun opdages på bestemte tidspunkter af året. Jordbaserede teleskoper er desuden begrænset af årstidens vejr, med mindre sandsynlighed for opdagelser, når det er overskyet, regnfulde eller blæsende forhold er hyppigere. Opdagelser af KBO'er er også meget mindre sandsynlige i nærheden af ​​Mælkevejs-galaksens plan, hvor utallige stjerner gør det svært at finde de svage, iskolde vandrere i teleskopbilleder.

Det, der gør OSSOS unikt, er, at vi er meget offentlige om disse skævheder i opdagelser. Og fordi vi forstår vores fordomme så godt, vi kan bruge computersimuleringer til at rekonstruere den sande form af Kuiperbæltet efter at have fjernet disse skævheder.

Justering for skævheder

OSSOS opdagede en håndfuld nye ekstreme KBO'er, hvoraf halvdelen er uden for det afgrænsede område, og er statistisk konsistente med en ensartet fordeling. En ny undersøgelse (i øjeblikket under revision) bekræfter de ikke-klyngede opdagelser af OSSOS. Et hold af astronomer, der brugte data fra Dark Energy Survey (DES) fandt over 300 nye KBO'er uden klyngning af baner. Så nu har to uafhængige undersøgelser - som begge omhyggeligt sporede og rapporterede deres observationelle skævheder i at opdage uafhængige sæt af ekstreme KBO'er - ikke fundet beviser for klyngede baner.

Alle de ekstreme KBO'er, der var blevet opdaget før OSSOS og DES, var fra undersøgelser, der ikke fuldt ud rapporterede deres retningsmæssige skævheder. Så vi ved ikke, om alle disse KBO'er blev opdaget i den samme kvadrant af solsystemet, fordi de faktisk er indespærret, eller fordi ingen undersøgelser søgte dybt nok i de andre kvadranter. Vi udførte yderligere simuleringer, der viste, at hvis observationer kun foretages i en sæson fra et teleskop, ekstreme KBO'er vil naturligvis kun blive opdaget i én kvadrant af solsystemet.

Yderligere test af Planet Nine-teorien, vi kiggede i detaljer på kredsløbene for alle kendte "ekstreme" KBO'er og fandt ud af, at alle undtagen de to højeste pericentre KBO'er kan forklares med kendte fysiske effekter. Disse to KBO'er er outliers, men vores tidligere detaljerede computersimuleringer af Kuiperbæltet, som inkluderede gravitationseffekter fra Planet Nine, produceret et sæt "ekstreme" KBO'er med pericentre lige fra 40 til over 100 AU.

Disse simuleringer forudsiger, at der skulle være mange KBO'er med pericentre så store som de to outliers, men også mange KBO'er med mindre pericentre, som burde være meget nemmere at opdage. Hvorfor stemmer kredsløbsfundene ikke overens med forudsigelserne? Svaret kan være, at Planet Nine-teorien ikke holder til detaljerede observationer.

Vores observationer med en omhyggelig undersøgelse har opdaget KBO'er, der ikke er begrænset af Planet Nine, og vores simuleringer viser, at Kuiperbæltet burde indeholde andre baner, end vi observerer, hvis Planet Ni eksisterer. Andre teorier skal påberåbes for at forklare de ekstreme KBO'er med højt pericenter, men der er ingen mangel på foreslåede teorier i den videnskabelige litteratur.

Mange smukke og overraskende objekter mangler at blive opdaget i det mystiske ydre solsystem, men jeg tror ikke på, at Planet Nine er en af ​​dem.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.