Dodano: 22 styczeń 2019r.

Dziwne orbity obiektów na krańcach Układu Słonecznego nie są wywołane przez Dziewiątą Planetę?

Na zewnętrznych rubieżach Układu Słonecznego, daleko za orbitą Neptuna, krążą obiekty, które mają dość osobliwe orbity. Popularna hipoteza mówi, że na te dziwne orbity wpływa hipotetyczne ciało nazywane Dziewiątą Planetą. Astronomie zaproponowali jednak inne wytłumaczenie.

Pas Kuipera

 

Dziwnie zachowujące się obiekty znajdujące się na krańcach Układu Słonecznego zauważono jeszcze zanim postawiono hipotezę o istnieniu Dziewiątej Planety. Od 2003 roku astronomowie obserwowali osobliwe orbity małych ciał znajdujących się za orbitą Neptuna, które znacząco różniły się od reszty podobnych obiektów z Pasa Kuipera. W 2016 roku zaobserwowano znacznie większe obiekty o podobnie dziwnych orbitach, których zachowanie mogło wskazywać na wpływ grawitacyjny jeszcze większego obiektu. Badacze zasugerowali, że takie wypaczenie orbit może być spowodowane przez obiekt o masie dziesięciokrotnie przekraczającej masę Ziemi.

Gdyby Dziewiąta Planeta rzeczywiście istniała, musiałaby znajdować się naprawdę daleko od naszej gwiazdy – około 600 AU (astronomical units - jeden AU to średnia odległość między Ziemią a Słońcem, która wynosi w przybliżeniu 150 milionów kilometrów). Jedno jej okrążenie wokół Słońca trwałoby 10-20 tysięcy lat.

Nie wszyscy astronomowie entuzjastycznie podchodzą do koncepcji istnienia Dziewiątej Planety. Alternatywną koncepcję zaproponowali naukowcy z University of Cambridge i American University of Beirut. Według nich, wytłumaczeniem może być nie jeden duży obiekt, ale szereg mniejszych połączonych siła grawitacyjną.

 

Podobny pomysł przedstawiono już wcześniej, ale koncepcja Antranika Sefiliana oraz Jihada Touma jest pierwszą, która opiera się na obliczeniach wyjaśniających istotne cechy ekscentrycznych orbit tych obiektów i uwzględnia masę i grawitację pozostałych ośmiu planet w naszym Układzie Słonecznym.

Badania mają się ukazać w czasopiśmie „Astronomical Journal”. Obecnie można się z nimi zapoznać w bazie preprintów arXiv.

W nowych badaniach naukowcy zaproponowali dysk złożony z małych lodowych ciał o łącznej masie nawet dziesięciokrotnie większej niż masa Ziemi. W połączeniu z uproszczonym modelem Układu Słonecznego, siły grawitacyjne hipotetycznego dysku mogą odpowiadać niezwykłej architekturze orbitalnej przejawianej przez niektóre obiekty w zewnętrznych częściach Układu Słonecznego.

- Hipoteza Dziewiątej Planety jest fascynująca, ale jeśli ta planeta rzeczywiście istnieje, to do tej pory unikała wykrycia - powiedział Sefilian. Uczony przyznał, że celem badań było sprawdzenie, czy istnieje mniej sensacyjne wyjaśnienie dziwnych orbit obiektów transneptunowych (Trans-Neptunian Objects - TNO).

Za orbitą Neptuna znajduje się Pas Kuipera, który składa się z małych ciał pozostałych po uformowaniu się Układu Słonecznego. Neptun i inne gigantyczne planety grawitacyjnie wpływają na obiekty z Pasa Kuipera i znajdujące się poza nim, czyli TNO.

– Doszliśmy do wniosku, że jeśli przyjmiemy hipotezę Dziewiątej Planety, to zaraz będziemy się zastanawiać nad jej uformowaniem i dziwną orbitą. Zadaliśmy sobie pytanie, dlaczego po prostu nie uwzględnić oddziaływania grawitacyjnego małych obiektów stanowiących dysk znajdujący się za orbitą Neptuna – dodał.

Do tej pory zaobserwowano kilkadziesiąt TNO na wysoce eliptycznych orbitach wyróżniających się od reszty TNO tym, że mają tę samą orientację w przestrzeni. Tego typu zgrupowania nie da się wyjaśnić przez oddziaływanie ośmiu planet Układu Słonecznego. To doprowadziło niektórych astronomów do hipotezy, że na niezwykłe orbity może wpływać istnienie nieznanej jeszcze Dziewiątej Planety „zagarniającej” TNO w tym samym kierunku poprzez siłę swojej grawitacji.

Pracując nad swoją koncepcją Jihad i Sefilian stworzyli komputerowy model dynamiki przestrzennej podejrzanych TNO uwzględniający gazowe giganty Układu Słonecznego i ich grawitację oraz masywny dysk gruzów za orbitą Neptuna. Stosując poprawki do takich elementów, jak masa, orbity i orientacja dysku, naukowcy byli w stanie odtworzyć kłopotliwe orbity odłączonych TNO. Udało im się zidentyfikować zakres masy dysku, jego ekscentryczność i wymuszone stopniowe przesunięcia w jego orientacji (tempo precesji), które wiernie odtwarzały osobliwe orbity TNO.

- Jeśli usuniemy z modelu Dziewiątą Planetę i zamiast tego wstawimy wiele małych obiektów rozproszonych po całym obszarze, zbiorowe oddziaływania pomiędzy tymi obiektami mogą równie dobrze wyjaśnić ekscentryczne orbity, które widzimy w niektórych TNO – wyjaśnił Sefilian.

Wcześniejsze próby oszacowania całkowitej masy obiektów znajdujących się za Neptunem oscylowały wokół jednej dziesiątej masy Ziemi. Jednakże, aby TNO miały obserwowane orbity, wykluczając przy tym istnienie Dziewiątej Planety, przedstawiony model wymaga, aby połączona masa Pasa Kuipera wynosiła od kilku do około dziesięciu mas Ziemi.

- Obserwując inne systemy, często badamy dysk otaczający gwiazdę macierzystą, aby wywnioskować właściwości każdej planety na jej orbicie. Problem polega na tym, że gdy obserwujesz dysk z wnętrza systemu, jest prawie niemożliwe, aby zobaczyć całość od razu. Chociaż nie mamy bezpośrednich dowodów obserwacyjnych na istnienie tego dysku, nie mamy ich również na istnienie Dziewiątej Planety, dlatego badamy inne możliwości – podkreślił Sefilian.

- Niemniej jednak, warto zauważyć, że obserwacje analogów Pasów Kuipera wokół innych gwiazd, a także modele formowania planet, ujawniają masywne populacje kosmicznego gruzu. Możliwe też, że obie tezy mogą być prawdziwe - może istnieć ogromny dysk i dziewiąta planeta. Po odkryciu każdego nowego TNO zbieramy więcej dowodów, które mogą pomóc wyjaśnić ich zachowanie – przyznał Sefilian.

 

Źródło: University of Cambridge, fot. ESO/M. Kornmesser