Det tager Scott Sheppard cirka 15 minutter at gå til arbejde på Carnegie Institution's Department of Terrestrial Magnetism, en forskningsfacilitet i Washington, DC, der oprindeligt blev grundlagt i 1904 for at støtte ekspeditioner til kortlægning af Jordens magnetfelt. I dag er campus vært for planetforskere fra alle discipliner, inklusive Sheppard, der studerer himmellegeme i det ekstreme ydre solsystem. Han siger, at han får sine bedste ideer, mens han går, og at han ofte er irriteret over kryds, som kræver lige nok opmærksomhed til at forhindre sindet i at vandre på den uforklarligt konstruktive måde. I betragtning af Sheppard er overbevist om, at en stor, uopdaget planet kredser rundt om solen langt ud over Pluto, kan man kun forestille sig, hvor hans sind vandrer under hans morgenture.
Ideen om, at en massiv planet, kaldet Planet 9 eller Planet X, findes i en så stor afstand, at vi ikke har været i stand til at finde den, har astronomer over hele verden, der scanner himlen efter spor. Sheppard, der har opdaget nogle af de mest fjerne objekter i solsystemet, mener, at disse mindre planets orbitalstier sandsynligvis er formet af tyngdekraften fra en hypotetisk planet 9. Og i dag annoncerede hans team opdagelsen af endnu en en ekstremt fjern mindre planet - den næst længst kendte genstand i solsystemet med gennemsnitlig afstand - der igen bærer det karakteristiske mærke af et rumsten i grebet af en uopdaget gigantisk planet.
”Ét århundrede finder vi en planet, ikke? Så det er tid til at finde en igen, ”siger Sheppard.
Goblin
Det nye objekt, officielt kaldet 2015 TG387, går i kredsløb med en speciel klasse af himmellegemer kendt som Inner Oort Cloud-objekter eller ekstreme trans-Neptuniske objekter (ETNO'er). Rock og islegeme, der kaldes "Goblin" af opdagelsesholdet, er i øjeblikket omkring 80 astronomiske enheder (AU) fra solen, eller cirka dobbelt så langt som Plutos gennemsnitlige afstand. Goblin rejser imidlertid på en meget langstrakt bane, der fører den til det yderste yderste rækkevidde af vores solsystem, og løber ud til 2.300 AU i løbet af sin 40.000-årige rejse rundt om solen.
Men så spændende som objektets aphelion er, eller dets fjerneste punkt fra solen, er Goblin måske endnu mere interessant for sin perihelion eller dets nærmeste punkt. Den mindre planet, der anslås til ca. 300 kilometer i diameter (ca. en syvendedel af Plutos størrelse), kommer kun så tæt som 65 AU (seks milliarder miles). Fordi dens nærmeste tilgang egentlig slet ikke er tæt, siger Sheppard, at Goblin næppe er påvirket af grovheden af de massive planeter som Jupiter og Neptune.
”Det kommer aldrig nogen steder i nærheden af, hvor de gigantiske planeter er, ” siger han. ”Der er kun tre af disse objekter, der forbliver langt derude.”
Bane for den nye ekstreme dværgplanet 2015 TG387 og dens kollega Inner Oort Cloud-objekter 2012 VP113 og Sedna sammenlignet med resten af solsystemet. 2015 TG387 fik tilnavnet "The Goblin" af opdagerne, da dens midlertidige betegnelse indeholder TG, og objektet blev først set i nærheden af Halloween. 2015 TG387 har en større semi-større akse end enten 2012 VP113 eller Sedna, hvilket betyder, at den rejser langt længere fra solen på det fjerneste punkt i sin bane, som er omkring 2300 AU. (Roberto Molar Candanosa og Scott Sheppard, takket være Carnegie Institution for Science) De to andre er Sedna og 2012 VP113, som har perihelia på henholdsvis 76 og 80 AU, skønt de aldrig rejser så langt ud som Goblin. Når man betragter dem sammen, begynder disse tre objekter at producere et forfriskende billede af deres fjerne verden. De er frakoblet fra resten af solsystemet, immun mod dens indflydelse, og alligevel vises de alle i den samme del af himlen.
”Hvis man ser på Sedna, og man ser på VP113, og man ser på et par af de andre ekstreme objekter med disse meget fjerne kredsløb, er de alle meget ens, ” siger Sheppard. ”De er alle samlet på den samme del af himlen, de kommer alle til perihelion - deres nærmeste tilgang til solen - på samme sted, og du ville forvente, at det vil være tilfældigt over himlen. ... Derfor tror vi, at der er en større planet derude, fordi det hyrde disse objekter ind i disse typer kredsløb. ”
Andre mindre planeter kredser i ekstreme afstande, såsom 2014 FE72, som er den længst kendte genstand med gennemsnitlig afstand, men de er tilbøjelige til at svinge tættere på gigantplaneterne. 2014 FE72 kan komme tættere på solen end Pluto ved sin nærmeste tilgang, for eksempel. En overbevisende forklaring på disse genstande er, at de vandrede for tæt på en af gasgiganterne på et tidspunkt og blev kastet ud til ekstreme afstande, næsten kastet helt ud - men når dette sker, har de klippefaste genstande en cirkel tilbage til nær punktet fra hvorfra de blev kastet.
Når det kommer til Goblin, Sedna og VP113 2012, har noget andet fanget dem i en ensom bane, på linje, men bortset fra vores lille kvarter af planeter.
Skyggen af en uopdaget planet
Hvor sandsynligt eksistensen af en uopdaget massiv planet er, langsomt omkranser solen hvert titusinder af år i ekstreme afstande, afhænger af, hvem du spørger. For hans del ville Sheppard, der har opdaget snesevis af mindre planeter, kometer og måner, placere oddsen for, at Planet 9 findes på omkring 80 eller 85 procent - og han er ikke engang den mest optimistiske.
”Min tillid er omkring 99, 84 procent, ” siger Konstantin Batygin, en planetarisk astrofysiker og adjunkt ved Californiens teknologiske institut. Batygin skaber teoretiske modeller af det ydre solsystem for at søge efter antydninger til Planet 9, hvor antallet er knust på adskillige mindre planeter, der klynger sig ind i forskellige grupper og indflydelsen fra snesevis af orbitale faktorer. Hans papir fra 2016 med Caltech-kollega Michael Brown lagde måske den stærkeste sag for Planet 9 endnu, og konkluderede, at der kun var en brøkdel af en procents sandsynlighed for, at grupperingerne af disse objekter forekom tilfældigt.
”Denne krop er en enorm ny tilføjelse, ” siger Batygin om Goblin. ”Det styrker sagen meget for Planet 9.”
En sammenligning af 2015 TG387 65 AU med solsystemets kendte planeter. Saturn kan ses 10 AU, og Jorden er selvfølgelig 1 AU, da målingen er defineret som afstanden mellem Solen og vores hjemmeplanet. (Roberto Molar Candanosa og Scott Sheppard, takket være Carnegie Institution for Science) Andre er ikke så sikre. ”Jeg ville ikke gå på 85 procents niveau. Der er modstridende bevislinjer, ”siger David Tholen, en astronom ved University of Hawaii, som var en del af holdet, der opdagede Goblin. Han peger på rumfartøjet Cassini, der kredsede om Saturn i mere end 13 år, og målte dynamikken og kræfterne i det ydre solsystem. ”Det fungerer som en meget følsom detektor af andre ting derude, og analysen af disse data antyder, at vi ikke ser noget bevis for [Planet 9].”
Men selvom de ikke køber Planet 9-hypotesen, er de fleste astronomer enige om, at noget, der ikke er forklaret, er at rippe objekter som Goblin væk fra solsystemet. Nogle teorier antyder, at under den tidlige dannelse af solen, for over 4, 5 milliarder år siden, da andre stjerner dannede sig i nærheden, kunne den ekstreme tyngde ved et tæt stjernemøde have trukket disse genstande væk og efterladt dem i en "fossiliseret" bane, Sheppard siger. Alternativt findes måske nok af disse mindre planeter til, at de kan påvirke hinandens baner gennem mange millioner af år gennem en proces kaldet selvgravitation og gradvist skubbe hinanden længere og længere.
”[Hvis der er] mange af disse mindre planeter som Sedna og dette nye objekt, udøver de selvfølgelig tyngdekræfter på hinanden, ” siger Ann-Marie Madigan, adjunkt i astrofysik ved University of Colorado, Boulder, som studerer modeller af selvgravitation på fjerntliggende solsystemobjekter. Hun siger, at disse mindre planeter er ”så langt væk fra det indre solsystem, med de kæmpe planeter og lignende ting, kan disse [selvtyngdekraft] kræfter faktisk være ekstremt kraftige. ... Du har ikke brug for en ekstra planet derude. ”
Madigan indrømmer, at selvtyngdekraften ikke kan forklare alt om kredsløb fra de fjerne mindre planeter, såsom justering langs deres “perihelia-længde”, svarende til de store akser på de elliptiske baner. Og der er andre ”eksterne kræfter”, der også skal overvejes, siger Sheppard, såsom det galaktiske tidevand - den kollektive tyngdekraft for alt i Mælkevejen inklusive det supermassive sorte hul i midten. Teorier, der forudsiger eksistensen af Planet 9, tager alle disse indflydelser med i betragtning, men en ukendt proces kunne også spille.
”Dette er fantastisk, ” siger Michele Bannister, en planetarisk astronom ved Queen's University Belfast i Storbritannien, som var medledende Outer Solar System Origins Survey (OSSOS) fra 2013 til 2017, der opdagede 840 fjerne mindre planeter. ”Vi har hele denne teori, der prøver at forklare denne befolkning. Dette er tegn på et godt, sundt aktivt felt. ”
Begrænsning af søgningen
Sheppard sammenligner gruppering af Goblin, Sedna og VP113 i 2012 med et forhold mellem Neptune og Pluto. Selvom Neptune krydser Plutos orbitalsti, kommer de to planetariske organer aldrig tæt på hinanden, fordi de er fastlåst i et tyngdekraftsforhold - kendt som resonans - der får Pluto til at bane to gange for hver tredje bane af Neptun. Hvis du ikke vidste, hvor Neptune var, kunne du kortlægge den gigantiske planet ved nøje at observere Pluto. Selvom de tre ekstremt fjerne mindre planeter ikke ville være låst i et så stabilt forhold til Planet 9, kunne et lignende gravitationsforhold forekomme.
Hvis de mindre planeter er i en gravitationsdans med Planet 9, kan det dog betyde, at den store planet er langt, langt væk - nær Aphelionen på sin bane ca. 1.000 AU fra solen. Vi har kun en grov idé om Planet 9's størrelse - mellem to og fire gange Jordens, hvis den findes - og ingen måde at bestemme, hvor meget lys den reflekterer, hvilket gør det utroligt vanskeligt at søge efter. Den eneste grund til, at vi har været i stand til at finde mindre fjerne objekter som Goblin, er fordi de er tæt på deres nærmeste tilgang, som er synlige bare et øjeblik af stellar tid, før de slynger sig tilbage i skyggerne.
Opdagelsesbillederne fra 2015 TG387 taget ved Subaru 8-meter-teleskopet placeret ovenpå Mauna Kea på Hawaii den 13. oktober 2015. Billederne blev taget med cirka 3 timers mellemrum. 2015 TG387 kan ses bevæge sig mellem billeder nær centrum, mens de langt fjernere stjerner og galakser står stille. Billedet er leveret af Scott Sheppard. (Billede leveret af Scott Sheppard) ”Nitti og ni procent af deres bane, vi ville ikke finde dem, ” siger Sheppard. ”Så vi finder bare toppen af isbjerget.”
Jakten på Planet 9 lider under en alvorlig mangel på data - indtil videre. Det er vanskeligt at drage statistiske konklusioner med en så lille prøvestørrelse af mindre planeter, især når tusinder sandsynligvis findes. ”Hver eneste af disse afsløringer indebærer en enorm, usynet befolkning, ” siger Bannister. "Og så observationsmæssige partier virkelig kan påvirke de konklusioner, du drager om eksistensen af den enorme usynlige befolkning, og hvilke former dens baner tager i rummet, og hvad de potentielt formes af eller kunne have været formet af."
Goblin blev første gang opdaget i 2015 af det japanske 8-meter Subaru-teleskop på Mauna Kea på Hawaii, men den mindre planet er så langt væk, at der blev krævet tre års opfølgningsobservationer med teleskoper i Chile og Arizona, før dens bane kunne blive beregnet og afslører dens sande sti og afstand. Flere mindre planeter er blevet opdaget, og når astronomer forbedrer deres orbitalparametre, vil de få en bedre idé om, hvor den massive planet er skjult - hvis overalt overalt.
Subaru-teleskopet på Mauna Kea, Hawaii. (Wikimedia Commons / CC 2.0) ”Det faktum, at Planet 9 i slutningen af dagen er enten der eller ikke der, og den matematik, som jeg har gjort, er enten rigtigt eller forkert, er faktisk et smukt attraktivt aspekt af hele dette problem, ” siger Batygin. ”Dette er ikke et af disse problemer, hvor du kan spekulere om det, indtil du dør. … Jeg tror, de næste 10 år er masser af tid. ”
Fortsatte undersøgelser af himlen med teleskoper som Subaru og nye observatorier som f.eks. Large Synoptic Survey Telescope (LSST) - som vil have det største digitale kamera i verden på 3, 2 gigapixels, omtrent på størrelse med en lille bil - vil opdage endnu flere objekter når vores forståelse af solsystemet vokser. Yderligere astronomiarbejde, såsom den anden datafrigivelse fra Gaia-rumteleskopet, hjælper med at finjustere vores modeller af stjernernes bevægelser gennem galaksehistorien og yderligere stramme begrænsningerne for de ekstremt fjerne planeter.
Hvis og når alt dette arbejde fører til opdagelsen af Planet 9, siger Sheppard, "det vil være en videnskabs triumf."
