Девятая планета — гипотетическая девятая планета во внешней области Солнечной системы . [2] [4] Ее гравитационные эффекты могли бы объяснить необычную кластеризацию орбит для группы экстремальных транснептуновых объектов (ETNO), тел за Нептуном , которые вращаются вокруг Солнца на расстояниях, в среднем более чем в 250 раз превышающих расстояния Земли, т.е. более 250 астрономических единиц (а.е.). Эти ETNO, как правило, приближаются к Солнцу ближе всего в одном секторе, и их орбиты наклонены аналогичным образом. Такое выравнивание предполагает, что неоткрытая планета может пасти орбиты самых отдаленных известных объектов Солнечной системы . [4] [5] [6] Тем не менее, некоторые астрономы подвергают этот вывод сомнению и вместо этого утверждают, что кластеризация орбит ETNO обусловлена ошибками наблюдений, возникающими из-за сложности обнаружения и отслеживания этих объектов в течение большей части года. [7]
На основе более ранних соображений эта гипотетическая планета размером с супер-Землю имела бы прогнозируемую массу в пять-десять раз больше массы Земли и вытянутую орбиту в 400–800 а.е. Оценка орбиты была уточнена в 2021 году, в результате чего большая полуось была несколько меньше и составила 380+140
−80AU. [3] Вскоре после этого это значение было обновлено до 460.+160
−100AU. [1] Батыгин и Браун предположили, что Девятая планета может быть ядром гигантской планеты , которая была выброшена со своей первоначальной орбиты Юпитером во время зарождения Солнечной системы. Другие предположили, что планета была захвачена у другой звезды, [8] когда-то была планетой-изгоем , или что она образовалась на далекой орбите и была втянута на эксцентрическую орбиту проходящей мимо звездой. [4]
Хотя обзоры неба, такие как Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) и Pan-STARRS , не обнаружили Девятую планету, они не исключили существование объекта диаметром с Нептун во внешней части Солнечной системы. [9] [10] Способность этих прошлых обзоров неба обнаружить Девятую планету зависела от ее местоположения и характеристик. Дальнейшие обзоры оставшихся регионов продолжаются с использованием NEOWISE и 8-метрового телескопа Subaru . [11] [12] Если Девятая планета не будет обнаружена, ее существование остается чисто предположительным. Было предложено несколько альтернативных гипотез для объяснения наблюдаемого скопления транснептуновых объектов (ТНО).
После открытия Нептуна в 1846 году возникло множество предположений о том, что за его орбитой может существовать другая планета. Самая известная из этих теорий предсказывала существование далекой планеты, которая влияла на орбиты Урана и Нептуна . После обширных расчетов Персиваль Лоуэлл предсказал возможную орбиту и местоположение гипотетической транснептуновой планеты и начал ее обширные поиски в 1906 году. Он назвал гипотетический объект Планетой X , название, ранее использовавшееся Габриэлем Даллетом. [13] [14] Клайд Томбо продолжил поиски Лоуэлла и в 1930 году открыл Плутон , но вскоре было установлено, что он слишком мал, чтобы считаться Планетой X Лоуэлла. [15] После пролета Вояджера - 2 мимо Нептуна в 1989 году было установлено, что разница между предсказанной и наблюдаемой орбитой Урана была вызвана использованием ранее неточной массы Нептуна. [16]
Попытки обнаружить планеты за Нептуном косвенными методами, такими как орбитальные возмущения, датируются периодом до открытия Плутона. Одним из первых был Джордж Форбс , который постулировал существование двух транснептуновых планет в 1880 году. Одна из них будет иметь среднее расстояние от Солнца, или большую полуось , 100 а.е. , в 100 раз больше, чем у Земли. Вторая будет иметь большую полуось 300 а.е. Его работа считается похожей на более поздние теории Девятой планеты в том, что планеты будут отвечать за кластеризацию орбит нескольких объектов, в данном случае кластеризацию афелийных расстояний периодических комет около 100–300 а.е. Это похоже на то, как афелийные расстояния комет семейства Юпитера группируются около его орбиты. [17] [18]
Открытие Седны , карликовой планеты с весьма своеобразной орбитой в 2004 году, привело к предположению, что она столкнулась с массивным телом, отличным от одной из известных планет. Орбита Седны отделена , с перигелийным расстоянием 76 а.е., что слишком велико, чтобы быть следствием гравитационного взаимодействия с Нептуном. Несколько авторов предположили, что Седна вышла на эту орбиту после встречи с массивным телом, таким как неизвестная планета на далекой орбите, член открытого скопления , которое образовалось с Солнцем, или другая звезда, которая позже прошла вблизи Солнечной системы. [19] [20] Объявление в марте 2014 года об открытии второго седноида с перигелийным расстоянием 80 а.е., 2012 VP 113 , на похожей орбите, привело к возобновлению предположений о том, что неизвестная суперземля осталась в далекой Солнечной системе. [21] [22]
На конференции в 2012 году Родни Гомес предположил, что необнаруженная планета ответственна за орбиты некоторых ETNO с отделенными орбитами и больших полуосей кентавров , небольших тел Солнечной системы , которые пересекают орбиты планет-гигантов. [23] [24] Предложенная планета с массой Нептуна будет находиться на далекой ( a ≈ 1 500 а.е.), эксцентричной ( e ≈ 0,4) и круто наклоненной ( i ≈ 40°) орбите. Как и у Девятой планеты, она заставит перигелии объектов с большими полуосями более 300 а.е. колебаться, переводя некоторые из них на орбиты пересечения планет, а другие — на отделенные орбиты, такие как у Седны. Статья Гомеша, Соареса и Брассера была опубликована в 2015 году, в ней подробно изложены их аргументы. [25]
В 2014 году астрономы Чад Трухильо и Скотт С. Шеппард отметили сходство орбит Седны и 2012 VP 113 и нескольких других ETNO. Они предположили, что неизвестная планета на круговой орбите между 200–300 а. е. возмущает их орбиты. [5] Позже в том же году Рауль и Карлос де ла Фуэнте Маркос утверждали, что для создания сходства стольких орбит, 13 известных на тот момент, необходимы две массивные планеты в орбитальном резонансе . [26] Используя более крупную выборку из 39 ETNO, они оценили, что ближайшая планета имела большую полуось в диапазоне 300–400 а. е., относительно низкий эксцентриситет и наклон почти 14°. [27]
В начале 2016 года Батыгин и Браун из Калифорнийского технологического института описали, как схожие орбиты шести ETNO могут быть объяснены Девятой планетой, и предложили возможную орбиту для планеты. [4] Эта гипотеза также могла бы объяснить ETNO с орбитами, перпендикулярными внутренним планетам [4] и другие с экстремальными наклонами [29] , и была предложена в качестве объяснения наклона оси Солнца . [ 30]
Первоначально предполагалось, что Девятая планета движется по эллиптической орбите вокруг Солнца с эксцентриситетом0,2–0,5 , а его большая полуось оценивалась в400–800 а.е. , [B] примерно в 13–26 раз больше расстояния от Нептуна до Солнца. Планете потребуется от 10 000 до 20 000 лет , чтобы совершить один полный оборот вокруг Солнца, а ее наклон к эклиптике , плоскости орбиты Земли, был спроецирован как15° до 25° . [2] [31] [C] Афелий, или самая дальняя от Солнца точка, будет находиться в общем направлении созвездия Тельца , [ 32 ] тогда как перигелий, ближайшая к Солнцу точка, будет находиться в общем направлении южных областей Змеи (Головы), Змееносца и Весов . [33] [34] Браун считает, что если Девятая Планета существует, зонд мог бы достичь ее всего за 20 лет, используя траекторию мощной рогатки вокруг Солнца. [35]
Планета оценивается в 5–10 масс и в 2–4 радиуса больше Земли. [2] Браун считает, что если Планета Девять существует, ее массы достаточно, чтобы очистить ее орбиту от крупных тел за 4,5 миллиарда лет, возраст Солнечной системы, и что ее гравитация доминирует на внешнем крае Солнечной системы, что достаточно, чтобы сделать ее планетой по современным определениям . [36] Астроном Жан-Люк Марго также заявил, что Планета Девять удовлетворяет его критериям и будет считаться планетой, если и когда она будет обнаружена. [37] [38]
Было рассмотрено несколько возможных источников происхождения Девятой планеты, включая ее выброс из окрестностей известных гигантских планет, захват другой звездой и формирование in situ . В своей первоначальной статье Батыгин и Браун предположили, что Девятая планета образовалась ближе к Солнцу и была выброшена на далекую эксцентричную орбиту после близкого столкновения с Юпитером или Сатурном во время небулярной эпохи. [4] Затем либо гравитация близлежащей звезды, либо торможение газообразными остатками Солнечной туманности [39] уменьшили эксцентриситет ее орбиты. Этот процесс поднял ее перигелий, оставив ее на очень широкой, но стабильной орбите вне влияния других планет. [40] [41]
Вероятность этого события оценивается в несколько процентов. [42] Если бы Девятая планета не была заброшена в самые дальние уголки Солнечной системы, она могла бы набрать больше массы из протопланетного диска и развиться в ядро газового или ледяного гиганта . [36] [43] Вместо этого ее рост был остановлен на ранней стадии, в результате чего ее масса оказалась ниже, чем у Урана или Нептуна. [44]
Динамическое трение от массивного пояса планетезималей также могло бы позволить захватить Девятую планету на стабильную орбиту. Последние модели предполагают, что диск планетезималей размером 60–130 M E мог образоваться, когда газ был очищен от внешних частей протопланетного диска. [45] Когда Девятая планета проходила через этот диск, ее гравитация изменила бы пути отдельных объектов таким образом, что уменьшила бы скорость Девятой планеты относительно него. Это уменьшило бы эксцентриситет Девятой планеты и стабилизировало бы ее орбиту. Если бы этот диск имел отдаленный внутренний край, 100–200 а. е., планета, сталкивающаяся с Нептуном, имела бы 20% шанс быть захваченной на орбите, аналогичной предложенной для Девятой планеты, с наблюдаемой кластеризацией более вероятной, если внутренний край находится на расстоянии 200 а. е. В отличие от газовой туманности, планетезимальный диск, вероятно, был бы долгоживущим, что потенциально допускало бы более поздний захват. [46]
Встреча с другой звездой также может изменить орбиту далекой планеты, сместив ее с круговой на эксцентрическую орбиту. Образование планеты in situ на таком расстоянии потребовало бы очень массивного и обширного диска [4] или внешнего дрейфа твердых тел в рассеивающемся диске, образующем узкое кольцо, из которого планета аккрецировала в течение миллиарда лет. [47] Если планета образовалась на таком большом расстоянии, когда Солнце находилось в своем первоначальном скоплении, вероятность того, что она останется связанной с Солнцем на сильно эксцентричной орбите, составляет примерно 10%. [48] Однако, пока Солнце оставалось в открытом скоплении, где оно образовалось, любой протяженный диск был бы подвержен гравитационному разрушению пролетающими звездами и потере массы из-за фотоиспарения. [2]
Планета Девять могла быть захвачена из-за пределов Солнечной системы во время близкого столкновения Солнца с другой звездой. Если планета находилась на далекой орбите вокруг этой звезды, трехчастичные взаимодействия во время столкновения могли изменить траекторию планеты, оставив ее на стабильной орбите вокруг Солнца. Планета, возникшая в системе без планет с массой Юпитера, могла бы оставаться на далекой эксцентричной орбите в течение более длительного времени, увеличивая свои шансы на захват. [8] Более широкий диапазон возможных орбит снизил бы вероятность ее захвата на относительно низконаклонной орбите до 1–2%. [48] Амир Сирадж и Ави Леб обнаружили, что вероятность того, что Солнце захватит Планету Девять, увеличивается в 20 раз, если у Солнца когда-то был далекий, равный по массе двойной компаньон. [49] [50] Этот процесс также мог бы происходить с планетами-изгоями, но вероятность их захвата намного меньше, и только 0,05–0,10% были захвачены на орбитах, подобных предложенной для Планеты Девять. [51]
Гравитационное влияние Девятой планеты объясняет четыре особенности Солнечной системы: [52]
Первоначально Девятая планета была предложена для объяснения кластеризации орбит с помощью механизма, который также объяснил бы высокие перигелии таких объектов, как Седна. Эволюция некоторых из этих объектов в перпендикулярные орбиты была неожиданной, но, как было обнаружено, соответствовала ранее наблюдавшимся объектам. Позднее было обнаружено, что орбиты некоторых объектов с перпендикулярными орбитами эволюционируют в сторону меньших больших полуосей, когда другие планеты были включены в моделирование. Хотя для многих из этих особенностей были предложены другие механизмы, гравитационное влияние Девятой планеты является единственным, который объясняет все четыре. Однако гравитация Девятой планеты также увеличила бы наклоны других объектов, пересекающих ее орбиту, что могло бы оставить рассеянные дисковые объекты [53] , тела, вращающиеся за Нептуном с большими полуосями более 50 а. е., и короткопериодические кометы с более широким распределением наклонов, чем наблюдается. [54] Ранее предполагалось, что Девятая Планета ответственна за наклон оси Солнца относительно орбит планет на 6°, [55] но недавние обновления ее прогнозируемой орбиты и массы ограничивают это смещение примерно до 1°. [2]
Кластеризация орбит транснептуновых объектов с большими полуосями была впервые описана Трухильо и Шеппардом, которые отметили сходство между орбитами Седны и 2012 VP 113. Без присутствия Девятой планеты эти орбиты должны были бы быть распределены случайным образом, без предпочтения какого-либо направления. При дальнейшем анализе Трухильо и Шеппард заметили, что аргументы перигелия 12 транснептуновых объектов с перигелием больше30 а.е. и большие полуоси больше150 а.е. были сгруппированы около 0°, что означает, что они поднимаются через эклиптику, когда они находятся ближе всего к Солнцу. Трухильо и Шеппард предположили, что это выравнивание было вызвано массивной неизвестной планетой за Нептуном через механизм Козаи . [5] Для объектов с похожими большими полуосями механизм Козаи ограничил бы их аргументы перигелия вблизи 0° или 180°. Это ограничение позволяет объектам с эксцентричными и наклонными орбитами избегать близких сближений с планетой, поскольку они пересекали бы плоскость орбиты планеты в своих самых близких и самых дальних точках от Солнца и пересекали бы орбиту планеты, когда они находятся значительно выше или ниже ее орбиты. [26] [56] Гипотеза Трухильо и Шеппарда о том, как объекты будут выравниваться механизмом Козаи, была вытеснена дальнейшим анализом и доказательствами. [4]
Батыгин и Браун, стремясь опровергнуть механизм, предложенный Трухильо и Шеппардом, также исследовали орбиты транснептуновых объектов с большими большими полуосями. [4] После исключения объектов в исходном анализе Трухильо и Шеппарда, которые были нестабильны из-за близких сближений с Нептуном или были затронуты резонансами среднего движения Нептуна , Батыгин и Браун определили, что аргументы перигелия для оставшихся шести объектов (Sedna, 2012 VP 113 , 474640 Alicanto , 2010 GB 174 , 2000 CR 105 и 2010 VZ 98 ) были сгруппированы вокруг318° ± 8° . Это открытие не согласуется с тем, как механизм Козаи будет стремиться выровнять орбиты с аргументами перигелия в 0° или 180°. [4] [D]
Батыгин и Браун также обнаружили, что орбиты шести ETNO с большой полуосью более 250 а.е. и перигелиями за пределами 30 а.е. (Sedna, 2012 VP 113 , Alicanto, 2010 GB 174 , 2007 TG 422 и 2013 RF 98 ) были выровнены в пространстве с их перигелиями примерно в одном направлении, что привело к кластеризации их долгот перигелия , места, где они совершают свои самые близкие сближения с Солнцем. Орбиты шести объектов также были наклонены по отношению к эклиптике и приблизительно копланарны , что привело к кластеризации их долгот восходящих узлов , направлений, где каждый из них поднимается через эклиптику. Они определили, что существует только 0,007% вероятность того, что эта комбинация выравниваний была вызвана случайностью. [4] [57] [58] Эти шесть объектов были обнаружены в ходе шести различных обзоров на шести телескопах. Это сделало менее вероятным, что скопление может быть вызвано смещением наблюдения, таким как наведение телескопа на определенную часть неба. Наблюдаемое скопление должно быть размыто через несколько сотен миллионов лет из-за изменения или прецессии местоположений перигелиев и восходящих узлов с разной скоростью из-за их различных больших полуосей и эксцентриситетов. [E] Это указывает на то, что скопление не могло быть вызвано событием в далеком прошлом, [4] например, проходящей звездой, [59] и, скорее всего, поддерживается гравитационным полем объекта, вращающегося вокруг Солнца. [4]
Два из шести объектов ( 2013 RF 98 и Alicanto) также имеют очень похожие орбиты и спектры. [60] [61] Это привело к предположению, что они были двойным объектом , разрушенным вблизи афелия во время встречи с далеким объектом. Разрушение двойного объекта потребовало бы относительно близкого столкновения, что становится менее вероятным на больших расстояниях от Солнца. [62]
В более поздней статье Трухильо и Шеппард отметили корреляцию между долготой перигелия и аргументом перигелия транснептуновых объектов с большой полуосью более 150 а. е. Те, у которых долгота перигелия 0–120°, имеют аргументы перигелия между 280 и 360°, а те, у которых долгота перигелия между 180° и 340°, имеют аргументы перигелия между 0° и 40°. Статистическая значимость этой корреляции составила 99,99%. Они предположили, что корреляция обусловлена тем, что орбиты этих объектов избегают близких сближений с массивной планетой, проходя выше или ниже ее орбиты. [63]
В статье 2017 года Карлоса и Рауля де ла Фуэнте Маркос отмечалось, что распределение расстояний до восходящих узлов ETNO, а также кентавров и комет с большими полуосями может быть бимодальным . Они предполагают, что это связано с тем, что ETNO избегают близких сближений с планетой с большой полуосью 300–400 а. е. [64] [65] При большем количестве данных (40 объектов) распределение взаимных узловых расстояний ETNO показывает статистически значимую асимметрию между кратчайшими взаимными восходящими и нисходящими узловыми расстояниями, что может быть связано не с ошибкой наблюдений, а, скорее всего, с внешними возмущениями. [66] [67]
Группировка орбит ETNO и повышение их перигелиев воспроизводится в симуляциях, которые включают Девятую планету. В симуляциях, проведенных Батыгиным и Брауном, рои рассеянных дисковых объектов с полуосями до 550 а.е., которые начинались со случайных ориентаций, были вылеплены в примерно коллинеарные и копланарные группы пространственно ограниченных орбит массивной далекой планетой на сильно эксцентричной орбите. Это оставило большинство перигелиев объектов направленными в схожих направлениях, а орбиты объектов — со схожими наклонами. Многие из этих объектов вошли на высокоперигелийные орбиты, как у Седны, и, неожиданно, некоторые вышли на перпендикулярные орбиты, которые Батыгин и Браун позже заметили, что наблюдались ранее. [4]
В своем первоначальном анализе Батыгин и Браун обнаружили, что распределение орбит первых шести ETNO лучше всего воспроизводится в моделировании с использованием планеты с радиусом 10 M E [F] на следующей орбите: [G]
Эти параметры для Планеты Девять производят различные моделируемые эффекты на ТНО. Объекты с большой полуосью больше 250 а.е. сильно анти-выровнены с Планетой Девять, с перигелием напротив перигелия Планеты Девять. Объекты с большой полуосью между 150–250 а.е. слабо выровнены с Планетой Девять, с перигелием в том же направлении, что и перигелий Планеты Девять. Незначительный эффект обнаружен для объектов с большой полуосью меньше 150 а.е. [9] Моделирование также показало, что объекты с большой полуосью больше250 а.е. могли бы иметь стабильные, выровненные орбиты, если бы имели меньшие эксцентриситеты. Эти объекты еще предстоит наблюдать. [4]
Также были рассмотрены другие возможные орбиты Девятой планеты с большими полуосями между400 а.е. и1500 а.е. , эксцентриситеты до 0,8 и широкий диапазон наклонений. Эти орбиты дают разные результаты. Батыгин и Браун обнаружили, что орбиты ETNO с большей вероятностью будут иметь схожие наклоны, если у Девятой планеты будет более высокий наклон, но антивыравнивание также уменьшится. [9] Моделирование Беккера и др. показало, что их орбиты будут более стабильными, если у Девятой планеты будет меньший эксцентриситет, но антивыравнивание будет более вероятным при более высоких эксцентриситетах. [69] Лоулер и др . обнаружили, что популяция, захваченная в орбитальных резонансах с Девятой планетой, будет меньше, если у нее будет круговая орбита, и что меньше объектов достигнет орбит с высоким наклонением. [70] Исследования Касереса и др. показали, что орбиты ETNO будут лучше выровнены, если у Девятой планеты будет более низкая перигелийная орбита, но ее перигелий должен быть выше 90 а.е. [71] Более поздние исследования Батыгина и др . обнаружили, что более высокие эксцентриситеты орбит уменьшают средние наклоны орбит ETNO. [2] Хотя существует множество возможных комбинаций орбитальных параметров и масс для Девятой планеты, ни одно из альтернативных симуляций не было лучше в предсказании наблюдаемого выравнивания исходных ETNO. Открытие дополнительных далеких объектов Солнечной системы позволило бы астрономам делать более точные прогнозы относительно орбиты предполагаемой планеты. Они также могут предоставить дополнительную поддержку или опровержение гипотезы Девятой планеты. [72] [73]
Моделирование, включающее миграцию планет-гигантов, привело к более слабому выравниванию орбит ETNO. [54] Направление выравнивания также изменилось: от более выровненного к анти-выровненному с увеличением большой полуоси и от анти-выровненного к выровненному с увеличением расстояния перигелия. Последнее привело бы к тому, что орбиты седноидов были бы ориентированы противоположно большинству других ETNO. [53]
Планета Девять изменяет орбиты ETNO посредством комбинации эффектов. В очень длительных временных масштабах Планета Девять оказывает крутящий момент на орбиты ETNO, который меняется в зависимости от выравнивания их орбит с орбитами Планеты Девять. Результирующий обмен угловым моментом заставляет перигелии подниматься, помещая их на орбиты, подобные орбитам Седны, а затем падать, возвращая их на исходные орбиты через несколько сотен миллионов лет. Движение их направлений перигелиев также меняется на противоположное, когда их эксцентриситеты малы, сохраняя объекты анти-выровненными, см. синие кривые на диаграмме, или выровненными, красные кривые. В более коротких временных масштабах резонансы среднего движения с Планетой Девять обеспечивают фазовую защиту, которая стабилизирует их орбиты, слегка изменяя большие полуоси объектов, сохраняя их орбиты синхронизированными с орбитами Планеты Девять и предотвращая близкие сближения. Гравитация Нептуна и других гигантских планет, а также наклон орбиты Планеты Девять ослабляют эту защиту. Это приводит к хаотическому изменению больших полуосей, поскольку объекты прыгают между резонансами, включая резонансы высокого порядка, такие как 27:17, в масштабах времени в миллионы лет. [75] Резонансы среднего движения могут быть необязательны для выживания ETNO, если они и Планета Девять находятся на наклонных орбитах. [76] Орбитальные полюса объектов прецессируют вокруг или окружают полюс плоскости Лапласа Солнечной системы . При больших больших полуосях плоскость Лапласа искривляется к плоскости орбиты Планеты Девять. Это приводит к тому, что орбитальные полюса ETNO в среднем наклонены в одну сторону, а их долготы восходящих узлов сгруппированы. [75]
В 2024 году Браун и Батыгин завершили моделирование, которое показало, что присутствие Девятой планеты со временем увеличит эксцентриситеты значительного подмножества объектов с большими полуосями выше 100 а.е., пока их перигелий не уменьшится до 30 а.е., что будет означать, что их орбиты пересекают орбиту Нептуна. Они также провели исследование объектов, пересекающих Нептун, с наклонениями ниже 40 градусов и большими полуосями между 100 и 1000 а.е. и утверждали, что результаты согласуются с присутствием Девятой планеты, что даст соотношение пересекающих Нептун объектов к объектам с перигелием за пределами орбиты Нептуна в 3% по сравнению с 0,5% в отсутствие Девятой планеты. [77]
Планета Девять может доставлять ETNO на орбиты, примерно перпендикулярные эклиптике. [78] [79] Было замечено несколько объектов с высоким наклоном, более 50°, и большими полуосями, более 250 а.е. [80] Эти орбиты образуются, когда некоторые ETNO с низким наклоном входят в вековой резонанс с Планетой Девять при достижении орбит с низким эксцентриситетом. Резонанс приводит к увеличению их эксцентриситетов и наклонов, доставляя ETNO на перпендикулярные орбиты с низким перигелием, где их легче наблюдать. Затем ETNO эволюционируют в ретроградные орбиты с более низкими эксцентриситетами, после чего они проходят через вторую фазу перпендикулярных орбит с высоким эксцентриситетом, прежде чем вернуться на орбиты с низким эксцентриситетом и наклоном. Вековой резонанс с Девятой планетой включает линейную комбинацию аргументов орбиты и долгот перигелия: Δ ϖ – 2 ω . В отличие от механизма Козаи этот резонанс заставляет объекты достигать своих максимальных эксцентриситетов, когда они находятся на почти перпендикулярных орбитах. В моделировании, проведенном Батыгиным и Морбиделли, эта эволюция была относительно распространена, и 38% стабильных объектов претерпевали ее по крайней мере один раз. [75] Аргументы перигелия этих объектов сгруппированы вблизи или напротив Девятой планеты, а их долготы восходящего узла сгруппированы около 90° в любом направлении от Девятой планеты, когда они достигают низких перигелиев. [4] [76] Это находится в приблизительном соответствии с наблюдениями с различиями, приписываемыми далеким встречам с известными гигантскими планетами. [4]
Популяция TNO с высоким наклоном и большой полуосью менее 100 а.е. может быть создана совместным воздействием Девятой планеты и других планет-гигантов. ETNO, которые выходят на перпендикулярные орбиты, имеют перигелии достаточно низкие для того, чтобы их орбиты пересекались с орбитами Нептуна или других планет-гигантов. Встреча с одной из этих планет может понизить большую полуось ETNO до значения ниже 100 а.е., где орбиты объекта больше не контролируются Девятой планетой, оставляя его на орбите, подобной 2008 KV 42. Предсказываемое орбитальное распределение самых долгоживущих из этих объектов неравномерно. Большинство будут иметь орбиты с перигелием в диапазоне от 5 а.е. до 35 а.е. и наклонениями ниже 110°; за промежутком с несколькими объектами будут другие с наклонениями около 150° и перигелиями около 10 а.е. [29] Ранее предполагалось, что эти объекты возникли в Облаке Оорта , [81] теоретическом облаке ледяных планетезималей, окружающих Солнце на расстоянии от 2000 до 200 000 а.е. [82] Однако в симуляциях без Девятой планеты из облака Оорта было получено недостаточное количество объектов по сравнению с наблюдениями. [53] Несколько транснептуновых объектов с высоким наклоном могут стать ретроградными троянцами Юпитера . [83]
Планета Девять изменит исходные регионы и распределение наклонов комет. В симуляциях миграции гигантских планет, описанных моделью Ниццы, меньше объектов захватывается в облако Оорта , когда включена Планета Девять. Другие объекты будут захвачены в облако объектов, динамически контролируемых Планетой Девять. Это облако Планеты Девять, состоящее из ETNO и перпендикулярных объектов, будет простираться от больших полуосей 200–3 000 а.е. и содержать примерно 0,3–0,4 M E . [54] [70] Когда перигелии объектов в облаке Планеты Девять опустятся достаточно низко, чтобы они могли столкнуться с другими планетами, некоторые из них будут рассеяны на орбиты, которые войдут во внутреннюю часть Солнечной системы, где их можно будет наблюдать как кометы. Если Планета Девять существует, они составят примерно одну треть комет типа Галлея . Взаимодействия с Планетой Девять также увеличат наклоны рассеянных дисковых объектов, которые пересекают ее орбиту. Это может привести к большему количеству комет с умеренным наклоном в 15–30°, чем наблюдается. [53] Наклоны комет семейства Юпитера, полученные из этой популяции, также будут иметь более широкое распределение наклонов, чем наблюдается. [54] [84] Недавние оценки меньшей массы и эксцентриситета для Девятой планеты уменьшат ее влияние на эти наклоны. [2]
В феврале 2019 года общее количество ETNO, соответствующих первоначальной гипотезе о наличии большой полуоси более 250 а.е., возросло до четырнадцати объектов. Параметры орбиты для Девятой планеты, одобренные Батыгиным и Брауном после анализа с использованием этих объектов, были следующими: [2]
В августе 2021 года Батыгин и Браун повторно проанализировали данные, связанные с наблюдениями ETNO, при этом, учитывая смещения наблюдений, они обнаружили, что наблюдения были более вероятны в некоторых направлениях, чем в других. Они заявили, что наблюдаемая орбитальная кластеризация «остается значимой на уровне достоверности 99,6%». [3] Объединив смещения наблюдений с численным моделированием, они предсказали характеристики Девятой планеты: [3]
Батыгин был осторожен в интерпретации результатов моделирования, разработанного для его и Брауна исследовательской статьи, заявив: «Пока Девятая Планета не будет заснята на камеру, она не считается реальной. Все, что у нас сейчас есть, это эхо». [85] В 2016 году Браун оценил вероятность существования Девятой Планеты примерно в 90%. [36] Грег Лафлин , один из немногих исследователей, которые знали об этой статье заранее, дает оценку в 68,3%. [6] Другие скептически настроенные ученые требуют больше данных с точки зрения дополнительных объектов пояса Койпера для анализа или окончательных доказательств посредством фотографического подтверждения. [86] [73] [87] Браун, хотя и признает точку зрения скептиков, все же считает, что данных достаточно, чтобы начать поиск новой планеты. [88]
Гипотеза Девятой планеты поддерживается несколькими астрономами и учеными. В январе 2016 года Джим Грин , директор Управления научных миссий НАСА , сказал: «Сейчас доказательства сильнее, чем когда-либо». [89] Но Грин также предостерег от возможности других объяснений наблюдаемого движения далеких ETNO и, цитируя Карла Сагана , сказал: «Экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств». [36] Профессор Массачусетского технологического института Том Левенсон пришел к выводу, что на данный момент Девятая планета, по-видимому, является единственным удовлетворительным объяснением всего, что сейчас известно о внешних регионах Солнечной системы. [85] Астроном Алессандро Морбиделли , который рецензировал исследовательскую статью для The Astronomical Journal , согласился, заявив: «Я не вижу никаких альтернативных объяснений, кроме предложенных Батыгиным и Брауном». [6] [36]
Астроном Рену Малхотра остается агностиком относительно Девятой планеты, но отметила, что она и ее коллеги обнаружили, что орбиты ETNO кажутся наклоненными таким образом, что их трудно объяснить иным образом. «Количество варпа, которое мы видим, просто безумно», — сказала она. «Для меня это самое интригующее свидетельство Девятой планеты, с которым я сталкивалась до сих пор». [90]
Другие эксперты имеют разную степень скептицизма. Американский астрофизик Итан Сигел , который ранее предполагал, что планеты могли быть выброшены из Солнечной системы во время ранней динамической нестабильности, скептически относится к существованию неоткрытой планеты в Солнечной системе. [79] [91] В статье 2018 года, обсуждающей исследование, которое не нашло доказательств кластеризации орбит ETNO, он предполагает, что ранее наблюдавшаяся кластеризация могла быть результатом смещения наблюдений, и утверждает, что большинство ученых считают, что Планета Девять не существует. [92] Планетолог Хэл Левисон считает, что вероятность того, что выброшенный объект окажется во внутреннем облаке Оорта, составляет около 2%, и предполагает, что многие объекты должны были быть выброшены за пределы облака Оорта, если один из них вышел на стабильную орбиту. [93]
Дальнейший скептицизм в отношении гипотезы Девятой планеты возник в 2020 году на основе результатов Обзора происхождения внешней Солнечной системы и Обзора темной энергии , в которых OSSOS задокументировал более 800 транснептуновых объектов, а DES обнаружил 316 новых. [94] Оба обзора были скорректированы с учетом смещения наблюдений и пришли к выводу, что для наблюдаемых объектов не было никаких доказательств кластеризации. [95] Авторы идут дальше, чтобы объяснить, что практически все орбиты объектов можно объяснить физическими явлениями, а не девятой планетой, как предполагали Браун и Батыгин. [96] Автор одного из исследований, Саманта Лоулер, сказала, что гипотеза Девятой планеты, предложенная Брауном и Батыгиным, «не выдерживает подробных наблюдений», указав на гораздо больший размер выборки в 800 объектов по сравнению с гораздо меньшими 14, и что окончательные исследования, основанные на указанных объектах, были «преждевременными». Она пошла дальше, объяснив, что феномен этих экстремальных орбит может быть вызван гравитационным затмением Нептуна, когда он мигрировал наружу ранее в истории Солнечной системы. [97]
Результаты Обзора внешней Солнечной системы (OSSOS) предполагают, что наблюдаемая кластеризация является результатом комбинации смещения наблюдений и статистики малого числа. OSSOS, хорошо охарактеризованный обзор внешней Солнечной системы с известными смещениями, наблюдал восемь объектов с большой полуосью a > 150 а.е. с орбитами, ориентированными в широком диапазоне направлений. После учета смещения наблюдений обзора, не было обнаружено никаких доказательств аргументов кластеризации перигелия ( ω ), определенных Трухильо и Шеппардом, [J] и ориентация орбит объектов с наибольшей большой полуосью статистически соответствовала случайности. [98] [99] Педро Бернардинелли и его коллеги также обнаружили, что орбитальные элементы ETNO, обнаруженные Обзором темной энергии, не показали никаких свидетельств кластеризации. Однако они также отметили, что покрытие неба и количество найденных объектов были недостаточными, чтобы показать, что не было Девятой планеты. [100] [101] Похожий результат был получен, когда эти два обзора были объединены с обзором Трухильо и Шеппарда. [102] Эти результаты отличались от анализа смещений открытия в ранее наблюдавшихся ETNOs Майка Брауна. Он обнаружил, что после учета смещений наблюдения кластеризация долгот перигелия 10 известных ETNOs будет наблюдаться только в 1,2% случаев, если их фактическое распределение будет равномерным. В сочетании с шансами наблюдаемого кластеризации аргументов перигелия вероятность составила 0,025%. [103] Более поздний анализ смещений открытия четырнадцати ETNOs, использованный Брауном и Батыгиным, определил вероятность наблюдаемого кластеризации долгот перигелия и положений орбитальных полюсов как 0,2%. [104]
Моделирование 15 известных объектов, эволюционирующих под влиянием Девятой планеты, также выявило отличия от наблюдений. Кори Шенкман и его коллеги включили Девятую планету в моделирование множества клонов (объектов с похожими орбитами) 15 объектов с большой полуосью a > 150 а.е. и перигелием ω > 30 а.е. [K] Хотя они наблюдали выравнивание орбит, противоположное выравниванию орбит Девятой планеты для объектов с большой полуосью более 250 а.е., кластеризация аргументов перигелия не была замечена. Их моделирование также показало, что перигелии ETNOs плавно поднимались и опускались, оставляя многие с перигелийными расстояниями между 50–70 а.е., где ничего не наблюдалось, и предсказали, что будет много других ненаблюдаемых объектов. [105] Они включали большой резервуар объектов с высоким наклоном, которые могли быть пропущены из-за того, что большинство наблюдений были при малых наклонах, [70] и большая популяция объектов с перигелиями, настолько удаленными, что они были бы слишком слабыми для наблюдения. Многие из объектов также были выброшены из Солнечной системы после столкновения с другими гигантскими планетами. Большие ненаблюдаемые популяции и потеря многих объектов привели Шенкмана и др . к оценке того, что масса первоначальной популяции составляла десятки масс Земли, что требует, чтобы гораздо большая масса была выброшена во время ранней Солнечной системы. [L] Шенкман и др . пришли к выводу, что существование Девятой планеты маловероятно и что наблюдаемое в настоящее время выравнивание существующих ETNO является временным явлением, которое исчезнет по мере обнаружения большего количества объектов. [90] [105]
Энн-Мари Мэдиган и Майкл МакКорт постулируют, что неустойчивость наклона в далеком массивном поясе, гипотетически называемом поясом Здерика-Мадигана или поясом ZM, ответственна за выравнивание аргументов перигелия ETNO. [106] Неустойчивость наклона может возникнуть в таком диске частиц с орбитами с высоким эксцентриситетом ( e > 0,6) вокруг центрального тела, такого как Солнце. Самогравитация этого диска вызовет его спонтанную организацию, увеличив наклон объектов и выровняв аргументы перигелия, сформировав его в конус выше или ниже исходной плоскости. [107] Этот процесс потребует длительного времени и значительной массы диска, порядка миллиарда лет для диска массой 1–10 земных масс. [106] Энн-Мари Мэдиган утверждает, что некоторые уже обнаруженные транснептуновые объекты, такие как Седна и 2012 VP113, могут быть членами этого диска. [108] Если это так, то, вероятно, в регионе будут тысячи подобных объектов. [108] Майк Браун считает Девятую планету более вероятным объяснением, отмечая, что текущие исследования не выявили достаточно большого рассеянного диска, чтобы вызвать «неустойчивость наклона». [109] [110] В моделировании Солнечной системы в Ницце, которое включало самогравитацию планетезимального диска, неустойчивость наклона не наблюдалась. Вместо этого моделирование вызвало быструю прецессию орбит объектов, и большинство объектов были выброшены за слишком короткий промежуток времени для возникновения неустойчивости наклона. [111]
В 2020 году Мэдиган и его коллеги показали, что для нестабильности наклона потребуется 20 масс Земли в диске объектов с большими полуосями в несколько сотен а.е. [112] Нестабильность наклона в этом диске также может воспроизвести наблюдаемый разрыв в перигелийных расстояниях экстремальных транснептуновых объектов [113] и наблюдаемое выравнивание апсид после нестабильности наклона при наличии достаточного времени. [114] [115] По состоянию на 2022 год [update]моделирование показывает, что проект обзора пространства и времени обсерватории Веры К. Рубин (LSST) должен быть в состоянии предоставить веские доказательства за или против пояса ZM, когда он начнет свой цикл сбора данных в 2024 году. [108]
Антраник Сефилян и Джихад Тума предполагают, что массивный диск умеренно эксцентричных ТНО отвечает за кластеризацию долгот перигелия ETNO. Этот диск будет содержать 10 масс земных ТНО с выровненными орбитами и эксцентриситетами, которые увеличиваются с их большими полуосями в диапазоне от нуля до 0,165. Гравитационные эффекты диска будут компенсировать прямую прецессию, вызванную гигантскими планетами, так что орбитальные ориентации его отдельных объектов будут сохраняться. Орбиты объектов с высокими эксцентриситетами, таких как наблюдаемые ETNO, будут стабильными и будут иметь примерно фиксированные ориентации или долготы перигелия, если их орбиты будут анти-выровнены с этим диском. [116] Хотя Браун считает, что предложенный диск может объяснить наблюдаемую кластеризацию ETNO, он считает маловероятным, что диск мог бы сохраниться на протяжении возраста Солнечной системы. [117] Батыгин считает, что в поясе Койпера недостаточно массы, чтобы объяснить формирование диска, и задается вопросом: «почему протопланетный диск должен закончиться около 30 а.е. и возобновиться за пределами 100 а.е.?» [118]
Гипотеза Девятой планеты включает в себя набор прогнозов о массе и орбите планеты. Альтернативная гипотеза предсказывает планету с другими орбитальными параметрами. Рену Малхотра, Кэтрин Волк и Сяньюй Ван предположили, что четыре отдельных объекта с самыми длинными орбитальными периодами, те, у которых перигелий за пределами40 а.е. и большие полуоси больше250 а.е. , находятся в n :1 или n :2 резонансах среднего движения с гипотетической планетой. Два других объекта с полуосями больше150 а.е. также потенциально находятся в резонансе с этой планетой. Их предполагаемая планета может находиться на орбите с меньшим эксцентриситетом и малым наклоном, с эксцентриситетом e < 0,18 и наклоном i ≈ 11°. Эксцентриситет в этом случае ограничен требованием избегать близких сближений 2010 GB 174 с планетой. Если ETNO находятся на периодических орбитах третьего рода, [M] с их устойчивостью, усиленной либрацией их аргументов перигелия, планета может находиться на орбите с большим наклоном, с i ≈ 48°. В отличие от Батыгина и Брауна, Малхотра, Волк и Ван не уточняют, что большинство отдаленных отделенных объектов будут иметь орбиты, анти-выровненные с массивной планетой. [119] [121]
Трухильо и Шеппард в 2014 году утверждали, что массивная планета на круговой орбите со средним расстоянием между200 а.е. и300 а.е. отвечал за кластеризацию аргументов перигелия двенадцати транснептуновых объектов с большими полуосями. Трухильо и Шеппард определили кластеризацию около нуля градусов аргументов перигелия орбит двенадцати транснептуновых объектов с перигелиями больше30 а.е. и большие полуоси больше150 а.е. [ 4] [5] После того, как численное моделирование показало, что аргументы перигелия должны циркулировать с разной скоростью, оставляя их рандомизированными после миллиардов лет, они предположили, что массивная планета на круговой орбите на расстоянии нескольких сотен астрономических единиц была ответственна за эту кластеризацию. [5] [122] Эта массивная планета могла бы заставить аргументы перигелия транснептуновых объектов колебаться примерно на 0° или 180° посредством механизма Козаи , так что их орбиты пересекали плоскость орбиты планеты вблизи перигелия и афелия, ближайшей и самой дальней точек от планеты. [5] [26] В численном моделировании, включающем тело массой 2–15 масс Земли на круговой орбите с низким наклоном между200 а.е. и300 а.е. аргументы перигелия Седны и 2012 VP 113 либрировали вокруг 0° в течение миллиардов лет (хотя объекты с более низким перигелием этого не делали) и претерпевали периоды либрации с объектом массы Нептуна на орбите с высоким наклоном в 1500 а.е. [5] Для объяснения отсутствия объектов с аргументами перигелия около 180° потребовался бы другой процесс, такой как проходящая звезда. [4] [N]
Эти симуляции показали основную идею того, как одна большая планета может направлять меньшие TNO на похожие типы орбит. Они были основными доказательствами концептуальных симуляций, которые не получили уникальную орбиту для планеты, поскольку они заявляют, что существует множество возможных орбитальных конфигураций, которые может иметь планета. [122] Таким образом, они не полностью сформулировали модель, которая успешно включала бы всю кластеризацию ETNO с орбитой для планеты. [4] Но они были первыми, кто заметил, что на орбитах TNO была кластеризация, и что наиболее вероятной причиной была неизвестная массивная далекая планета. Их работа очень похожа на то, как Алексис Бувар заметил, что движение Урана было необычным, и предположил, что это, вероятно, были гравитационные силы от неизвестной 8-й планеты, что привело к открытию Нептуна. [125]
Рауль и Карлос де ла Фуэнте Маркос предложили похожую модель, но с двумя далекими планетами в резонансе. [26] [126] Анализ Карлоса и Рауля де ла Фуэнте Маркос с Сверре Дж. Аарсетом подтвердил, что наблюдаемое выравнивание аргументов перигелия не могло быть следствием смещения наблюдений. Они предположили, что вместо этого оно было вызвано объектом с массой между массами Марса и Сатурна, который вращался на некоторой орбите200 а.е. от Солнца. Подобно Трухильо и Шеппарду, они предположили, что транснептуновые объекты удерживаются вместе механизмом Козаи и сравнили их поведение с поведением кометы 96P/Machholz под влиянием Юпитера . [127] Они также пытались объяснить выравнивание орбит, используя модель только с одной неизвестной планетой, и поэтому предположили, что эта планета сама находится в резонансе с более массивным миром около250 а.е. от Солнца. [122] [128] В своей статье Браун и Батыгин отметили, что выравнивание аргументов перигелия около 0° или 180° посредством механизма Козаи требует соотношения больших полуосей, почти равного единице, что указывает на необходимость наличия нескольких планет с орбитами, настроенными на набор данных, что делает это объяснение слишком громоздким. [4]
В 2019 году Якуб Шольц и Джеймс Анвин предположили, что первичная черная дыра ответственна за кластеризацию орбит ETNO. Их анализ данных гравитационного линзирования OGLE выявил популяцию объектов планетарной массы в направлении галактического балджа, более многочисленную, чем местная популяция звезд. Они предполагают, что вместо того, чтобы быть свободно плавающими планетами, эти объекты являются первичными черными дырами. Поскольку их оценка размера этой популяции больше, чем предполагаемая популяция свободно плавающих планет из моделей формирования планет, они утверждают, что захват гипотетической первичной черной дыры был бы более вероятным, чем захват свободно плавающей планеты. Это также может объяснить, почему объект, ответственный за возмущение орбит ETNO, если он существует, до сих пор не обнаружен. [129] [130] В статье был предложен метод обнаружения, в котором говорилось, что черная дыра слишком холодна, чтобы ее можно было обнаружить по реликтовому фону , но взаимодействие с окружающей темной материей приведет к появлению гамма-лучей, которые можно обнаружить с помощью FERMILAT . Константин Батыгин прокомментировал это, сказав, что, хотя Девятая планета может быть изначальной черной дырой, в настоящее время недостаточно доказательств, чтобы сделать эту идею более правдоподобной, чем любую другую альтернативу. [131] Эдвард Виттен предложил флот зондов, ускоренных давлением излучения, которые могли бы обнаружить местоположение изначальной черной дыры Девятой планеты, однако Тим Хоанг и Ави Леб показали, что любой сигнал будет подавлен шумом из межзвездной среды . [132] [133] Амир Сирадж и Ави Леб предложили метод для обсерватории Веры К. Рубин , позволяющий обнаруживать вспышки от любой маломассивной черной дыры во внешней Солнечной системе, включая возможную изначальной черной дыру Девятой планеты. [134] [135]
В 2023 году было показано, что теория гравитации, известная как модифицированная ньютоновская динамика (MOND), которая может объяснить галактическое вращение без привлечения темной материи , может предоставить альтернативное объяснение с использованием светских приближений. Она предсказывает, что главные оси орбит KBO будут выровнены с направлением к Галактическому центру и что орбиты группируются в фазовом пространстве, в соответствии с наблюдениями. [136]
Из-за своего огромного расстояния от Солнца Девятая планета будет отражать мало солнечного света, потенциально ускользая от наблюдения телескопом. [36] Ожидается, что ее видимая величина будет слабее 22, что делает ее по крайней мере в 600 раз слабее Плутона . [9] [O] Если Девятая планета существует и находится близко к перигелию, астрономы могли бы идентифицировать ее на основе существующих изображений. В афелии потребуются самые большие телескопы, но если планета в настоящее время находится между ними, многие обсерватории могли бы обнаружить Девятую планету. [140] Статистически, планета, скорее всего, будет находиться близко к своему афелию на расстоянии более 600 а. е. [141] Это связано с тем, что объекты движутся медленнее, когда находятся вблизи своего афелия, в соответствии со вторым законом Кеплера . Исследование 2019 года показало, что Девятая планета, если она существует, может быть меньше и ближе, чем первоначально считалось. Это сделало бы гипотетическую планету более яркой и более заметной, с видимой звездной величиной 21–22. [2] [142] Наблюдение и анализ орбитальной динамики объектов пояса Койпера ограничивают возможные орбитальные параметры Девятой планеты, [3] и при нынешнем темпе новых наблюдений профессор Мичиганского университета Фред Адамс полагает, что к 2035 году будет собрано достаточно данных, чтобы точно определить Девятую планету или исключить ее существование. [143] [144]
Поиск баз данных звездных объектов Батыгиным и Брауном уже исключил большую часть неба вдоль предсказанной орбиты Девятой планеты. Оставшиеся регионы включают направление ее афелия, где она была бы слишком слабой, чтобы быть обнаруженной этими обзорами, и вблизи плоскости Млечного Пути , где ее было бы трудно отличить от многочисленных звезд. [33] Этот поиск включал архивные данные из Catalina Sky Survey до звездной величины 21–22, Pan-STARRS до звездной величины 21,5 и инфракрасные данные со спутника Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). [28] [9] [33] В 2021 году они также искали первые три года данных с Zwicky Transient Facility (ZTF), не идентифицируя Девятую планету. [1] Поиск только данных ZTF исключил 56% пространства параметров для возможных положений Девятой планеты. В результате исключения в основном объектов с малыми большими полуосями ожидаемая орбита Девятой планеты была немного сдвинута дальше. [1]
Другие исследователи проводили поиски существующих данных. Дэвид Гердес, который помог разработать камеру, используемую в Dark Energy Survey , утверждает, что программное обеспечение, разработанное для идентификации далеких объектов Солнечной системы, таких как 2014 UZ 224, могло бы найти Девятую планету, если бы она была сфотографирована как часть этого обзора, который охватывал четверть южного неба. [145] [146] Майкл Медфорд и Дэнни Голдштейн, аспиранты Калифорнийского университета в Беркли , также изучают архивные данные, используя технику, которая объединяет изображения, сделанные в разное время. Используя суперкомпьютер, они будут смещать изображения, чтобы учесть рассчитанное движение Девятой планеты, что позволит объединить множество слабых изображений слабого движущегося объекта для получения более яркого изображения. [84] Поиск, объединяющий несколько изображений, собранных данными WISE и NEOWISE, также был проведен без обнаружения Девятой планеты. Этот поиск охватывал области неба вдали от галактической плоскости на длине волны «W1» (длина волны 3,4 мкм, используемая WISE) и, по оценкам, способен обнаружить объект массой в 10 масс Земли на расстоянии до 800–900 а.е. [11] [147]
Малена Райс и Грегори Лафлин применили алгоритм поиска целенаправленного сдвига-стекинга для анализа данных из секторов TESS 18 и 19 в поисках Девятой планеты и потенциальных внешних объектов Солнечной системы. [148] Их поиск не дал серьезных доказательств присутствия далекой планеты, но он дал 17 новых кандидатов на внешние тела Солнечной системы, расположенных на геоцентрических расстояниях в диапазоне 80–200 а.е., для подтверждения которых необходимы последующие наблюдения с помощью наземных телескопов. Ранние результаты исследования с WHT, направленного на восстановление этих далеких кандидатов на TNO, не смогли подтвердить двух из них. [149] [150]
К 2022 году сравнение данных IRAS и AKARI не выявило обнаружения Планеты Девять. Было отмечено, что данные в дальнем инфракрасном диапазоне в большей части неба сильно загрязнены излучением галактических туманностей, что делает обнаружение теплового излучения Планеты Девять проблематичным вблизи галактической плоскости или балджа. [151]
Поскольку, как прогнозируется, планета будет видна в Северном полушарии , ожидается, что основной поиск будет проводиться с использованием телескопа Subaru, который имеет как апертуру, достаточно большую, чтобы видеть слабые объекты, так и широкое поле зрения, чтобы сократить поиск. [22] Две команды астрономов — Батыгин и Браун, а также Трухильо и Шеппард — проводят этот поиск вместе, и обе команды ожидают, что поиск займет до пяти лет. [12] [152] Браун и Батыгин изначально сузили поиск Девятой планеты примерно до 2000 квадратных градусов неба около Ориона , полосы пространства, которую, по мнению Батыгина, телескоп Subaru может охватить примерно за 20 ночей. [153] Последующие уточнения Батыгина и Брауна сократили область поиска до 600–800 квадратных градусов неба. [154] В декабре 2018 года они провели четыре полуночи и три полные ночи, наблюдая с помощью телескопа Subaru. [155] Из-за неуловимости гипотетической планеты было предложено использовать различные методы обнаружения при поиске планеты с массой сверхземли , начиная от использования разных телескопов и заканчивая использованием нескольких космических аппаратов. В конце апреля и начале мая 2020 года Скотт Лоуренс и Зив Рогозински предложили последний метод для ее поиска, поскольку использование нескольких космических аппаратов имело бы преимущества, которых нет у наземных телескопов. [156]
Хотя далекая планета, такая как Планета Девятая, будет отражать мало света, из-за своей большой массы она все равно будет излучать тепло от своего образования по мере охлаждения. При ее расчетной температуре 47 К (−226,2 °C; −375,1 °F) пик ее излучения будет приходиться на инфракрасные длины волн. [157] Эта сигнатура излучения может быть обнаружена наземными субмиллиметровыми телескопами , такими как ALMA , [158], и поиск может быть проведен с помощью экспериментов по космическому микроволновому фону, работающих на миллиметровых длинах волн . [159] [160] [161] [P] Поиск части неба с использованием архивных данных Атакамского космологического телескопа не обнаружил Планету Девятую. [163] Джим Грин из Управления научных миссий НАСА оптимистично настроен, что ее можно будет наблюдать с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба , преемника космического телескопа Хаббла . [89]
Проект Zooniverse Backyard Worlds , изначально начатый в феврале 2017 года, использует архивные данные космического корабля WISE для поиска Девятой планеты. Проект также будет искать субзвездные объекты, такие как коричневые карлики в окрестностях Солнечной системы . [164] [165] 32 000 анимаций по четыре изображения каждая, что составляет 3% данных космического корабля WISE, были загружены на сайт Backyard Worlds.
В апреле 2017 года [166], используя данные телескопа SkyMapper в обсерватории Сайдинг-Спринг , гражданские ученые на платформе Zooniverse сообщили о четырех кандидатах на Девятую планету. За этими кандидатами будут следить астрономы, чтобы определить их жизнеспособность. [167] Проект, который стартовал 28 марта 2017 года, достиг своих целей менее чем за три дня, выполнив около пяти миллионов классификаций более чем 60 000 человек. [167]
Проект Zooniverse Catalina Outer Solar System Survey, начатый в августе 2020 года, использует архивные данные Catalina Sky Survey для поиска транснептуновых объектов. Высматривая движущиеся объекты в анимации и в зависимости от размера, расстояния и величины, гражданские ученые могут найти Девятую планету. [168] [169] [170]
Точные наблюдения орбиты Сатурна с использованием данных с Кассини предполагают, что Планета Девять не могла бы находиться в определенных участках ее предполагаемой орбиты, поскольку ее гравитация оказала бы заметное влияние на положение Сатурна. Эти данные не доказывают и не опровергают существование Планеты Девять. [171]
Первоначальный анализ Фиенга, Ласкара, Манша и Гастино с использованием данных Кассини для поиска орбитальных остатков Сатурна, небольших различий с его предсказанной орбитой из-за Солнца и известных планет, не соответствовал расположению Девятой планеты с истинной аномалией , расположением вдоль ее орбиты относительно перигелия от −130° до −110° или от −65° до 85°. Анализ с использованием орбитальных параметров Батыгина и Брауна для Девятой планеты предполагает, что отсутствие возмущений орбиты Сатурна лучше всего объясняется, если Девятая планета расположена с истинной аномалией117,8°+11°
−10°. В этом месте Планета Девять будет примерно630 а.е. от Солнца, [171] с прямым восхождением, близким к 2 ч , и склонением, близким к −20°, в созвездии Кита . [172] Напротив, если предполагаемая планета находится вблизи афелия, она будет расположена вблизи прямого восхождения от 3,0 ч до 5,5 ч и склонения от −1° до 6°. [173]
Более поздний анализ данных Кассини , проведенный астрофизиками Мэтью Холманом и Мэтью Пэйном, ужесточил ограничения на возможные местоположения Девятой планеты. Холман и Пэйн разработали более эффективную модель, которая позволила им исследовать более широкий диапазон параметров, чем предыдущий анализ. Параметры, определенные с помощью этой техники для анализа данных Кассини, затем пересеклись с динамическими ограничениями Батыгина и Брауна на орбите Девятой планеты. Холман и Пэйн пришли к выводу, что Девятая планета, скорее всего, будет расположена в пределах 20° от RA = 40°, Dec = −15°, в области неба около созвездия Кита. [146] [174]
Уильям Фолкнер, планетолог из Лаборатории реактивного движения (JPL), заявил, что космический аппарат Кассини не испытывал необъяснимых отклонений на своей орбите вокруг Сатурна. Неоткрытая планета повлияла бы на орбиту Сатурна, а не Кассини . Это могло бы создать сигнатуру в измерениях Кассини , но JPL не увидела необъяснимых сигнатур в данных Кассини . [175]
Анализ орбиты Плутона, проведенный Холманом и Пейном в 2016 году, выявил возмущения, намного большие, чем предсказывалось Батыгиным и Брауном в предложенной орбите Девятой планеты. Холман и Пейн предложили три возможных объяснения: систематические ошибки в измерениях орбиты Плутона; немоделированная масса в Солнечной системе, например, малая планета в диапазоне 60–100 а.е. (что может объяснить обрыв Койпера ); или планета более массивная или более близкая к Солнцу, чем планета, предсказанная Батыгиным и Брауном. [90] [176]
Анализ орбит комет с почти параболическими орбитами выявляет пять новых комет с гиперболическими орбитами , которые приближаются к номинальной орбите Девятой планеты, описанной в первоначальной статье Батыгина и Брауна. Если эти орбиты являются гиперболическими из-за близких сближений с Девятой планетой, анализ оценивает, что Девятая планета в настоящее время находится вблизи афелия с прямым восхождением 83–90° и склонением 8–10°. [177] Скотт Шеппард, который скептически относится к этому анализу, отмечает, что на орбиты комет влияет множество различных сил. [90]
Малена Райс и Грегори Лафлин предложили построить сеть телескопов для обнаружения затмений троянцами Юпитера . Определение времени этих затмений обеспечит точную астрометрию этих объектов, что позволит отслеживать их орбиты на предмет изменений, вызванных приливом от Девятой планеты. [178]
В мае 2022 года было высказано предположение, что необычный метеор CNEOS 2014-01-08 мог выйти на орбиту пересечения Земли после пролета Планеты Девять. Если эта гипотеза верна, то обратная траектория CNEOS 2014-01-08 означает, что Планета Девять в настоящее время может находиться в созвездии Овна , на прямом восхождении 50 ± 4,1° и склонении 11,8 ± 1,8°. [179]
Анализ Сары Миллхолланд и Грегори Лафлина выявил закономерность соизмеримости (соотношения между орбитальными периодами пар объектов, соответствующие тому, что оба находятся в резонансе с другим объектом) ETNO. Они выделяют пять объектов, которые были бы близки к резонансам с Девятой планетой, если бы ее большая полуось составляла 654 а.е.: Седна (3:2), 474640 Аликанто (3:1), 2012 VP 113 (4:1), 2000 CR 105 (5:1) и 2001 FP 185 (5:1). Они идентифицируют эту планету как Девятую планету, но предлагают другую орбиту с эксцентриситетом e ≈ 0,5, наклонением i ≈ 30°, аргументом перигелия ω ≈ 150° и долготой восходящего узла Ω ≈ 50° (последнее отличается от значения Брауна и Батыгина 90°). [17] [Q]
Карлос и Рауль де ла Фуэнте Маркос также отмечают соизмеримости среди известных ETNO, подобные поясу Койпера, где случайные соизмеримости возникают из-за объектов в резонансе с Нептуном. Они обнаружили, что некоторые из этих объектов будут находиться в резонансах 5:3 и 3:1 с планетой, которая имеет большую полуось ≈700 а.е. [181]
_of_the_11-Jupiter-mass_exoplanet_HD_106906_b.png/1280px-Hubble_Space_Telescope_image_showing_one_possible_orbit_(dashed_ellipse)_of_the_11-Jupiter-mass_exoplanet_HD_106906_b.png)
Три объекта с меньшими полуосями около 172 а.е. ( 2013 UH 15 , 2016 QV89 и (594337) 2016 QU 89 ) также были предложены как находящиеся в резонансе с Девятой планетой. Эти объекты были бы в резонансе и анти-выровнены с Девятой планетой, если бы ее полуось составляла 315 а.е., что ниже диапазона, предложенного Батыгиным и Брауном. В качестве альтернативы они могли бы находиться в резонансе с Девятой планетой, но иметь орбитальные ориентации, которые циркулируют, а не ограничиваются Девятой планетой, если бы ее полуось составляла 505 а.е. [183]
Более поздний анализ Элизабет Бейли, Майкла Брауна и Константина Батыгина показал, что если Планета Девять находится на эксцентричной и наклонной орбите, захват многих ETNO в резонансах более высокого порядка и их хаотический перенос между резонансами не позволяют идентифицировать большую полуось Планеты Девять с использованием текущих наблюдений. Они также определили, что шансы первых шести наблюдаемых объектов, находящихся в соотношениях периодов N/1 или N/2 с Планетой Девять, составляют менее 5%, если у нее эксцентричная орбита. [184]
В конце 2020 года было установлено, что HD 106906 b , кандидат на экзопланету, имеет эксцентричную орбиту, которая вывела ее за пределы диска обломков ее двойных звезд-хозяев. Ее орбита, по-видимому, похожа на предсказания, сделанные для большой полуоси Девятой планеты, и она может служить прокси-сервером для Девятой планеты, помогающим объяснить, как развиваются такие планетарные орбиты, [182] хотя эта экзопланета намного более чем в десять раз массивнее Юпитера.
Планета Девять не имеет официального названия и не получит его, если ее существование не будет подтверждено с помощью изображений. Только две планеты, Уран и Нептун, были обнаружены в Солнечной системе за всю историю. [185] Однако было обнаружено и названо множество малых планет , включая карликовые планеты, такие как Плутон, астероиды и кометы. Следовательно, существует устоявшийся процесс присвоения названий вновь открытым объектам Солнечной системы. Если будет обнаружена Планета Девять, Международный астрономический союз сертифицирует название, причем приоритет обычно отдается названию, предложенному ее первооткрывателями. [186] Скорее всего, это будет название, выбранное из римской или греческой мифологии . [187]
В своей оригинальной статье Батыгин и Браун просто назвали объект «возмутителем» [4] , и только в более поздних пресс-релизах они использовали «Планета Девять». [188] Они также использовали имена « Иосафат » и «Джордж» (отсылка к предложенному Уильямом Гершелем названию Урана ) для Планеты Девять. Браун заявил: «Мы на самом деле называем его Фатти [R], когда просто разговариваем друг с другом». [6] В 2018 году Батыгин также неофициально предложил, основываясь на петиции на Change.org , назвать планету в честь певца Дэвида Боуи и назвать любые потенциальные луны планеты в честь персонажей из каталога песен Боуи, таких как Зигги Стардаст или Стармен . [189]
Были шутки, связывающие «Планету Девять» с научно-фантастическим фильмом ужасов Эда Вуда 1959 года «План 9 из открытого космоса » . [168] В связи с гипотезой о Планете Девять название фильма недавно вошло в академический дискурс. В 2016 году в Scientific American была опубликована статья под названием «Планета Девять из открытого космоса» о предполагаемой планете во внешней области Солнечной системы . [190] С тех пор в нескольких докладах на конференциях использовалась та же игра слов , [191] [192], как и в лекции Майка Брауна, прочитанной в 2019 году. [193]
Персефона , жена божества Плутона, была популярным именем, обычно используемым в научной фантастике для планеты за Нептуном (см. Вымышленные планеты Солнечной системы ). Однако маловероятно, что Планета Девятая или любая другая предполагаемая планета за Нептуном получит имя Персефона после подтверждения своего существования, поскольку это уже название астероида 399 Персефона . [194] В 2017 году физик Лоренцо Иорио предложил назвать гипотетическую планету как ″Telisto″, от древнегреческого слова «τήλιστος» — «самый дальний» или «самый удаленный». [195]
В 2018 году планетолог Алан Стерн возражал против названия Планета Девять , говоря: «Это попытка стереть наследие Клайда Томбо , и это откровенно оскорбительно», предлагая название Планета X до ее открытия. [196] Он подписал заявление с 34 другими учеными, в котором говорилось: «Мы также считаем, что использование этого термина [Планета Девять] должно быть прекращено в пользу культурно и таксономически нейтральных терминов для таких планет, таких как Планета X, Планета Следующая или Гигантская Планета Пять». [197] По словам Брауна, « « Планета X » — это не общее указание на какую-то неизвестную планету, а конкретное предсказание Лоуэлла, которое привело к (случайному) открытию Плутона. Наше предсказание не связано с этим предсказанием». [196]
Именно
поиск других объектов, подобных Седне... привел к осознанию... того, что все они чем-то тянутся в одном направлении. И это в конечном итоге привело нас к выводу, что где-то там должна быть большая планета». —Майк Браун
провести больше работы, чтобы определить, были ли Седна и другие объекты рассеянного диска отправлены в их круговые путешествия вокруг Солнца звездой, которая прошла мимо давно, или невидимой планетой, которая существует в Солнечной системе прямо сейчас. Поиск и наблюдение орбит других далеких объектов, похожих на Седну, добавит больше точек данных в компьютерные модели астрономов.
как видеть возмущение на поверхности воды, но не знать, что его вызвало. Возможно, это была прыгающая рыба, кит или тюлень. Даже если вы на самом деле его не видели, вы могли бы сделать обоснованное предположение о размере объекта и его местоположении по характеру ряби на воде.
Мы
нанесли реальные данные поверх модели", - вспоминает Батягин, и они упали "точно там, где должны были быть". Это было, по его словам, озарение. "Это был драматический момент. То, что, как я думал, могло бы опровергнуть это, оказалось самым веским доказательством существования Девятой планеты
" .
Статистика действительно звучит многообещающе, на первый взгляд. Исследователи говорят, что существует 1 из 15 000 шансов, что движения этих объектов являются случайными и вообще не указывают на присутствие планет. ... «Когда мы обычно считаем что-то решенным и герметичным, у него обычно есть шансы с гораздо меньшей вероятностью неудачи, чем у них», — говорит Сара Сигер, планетолог из Массачусетского технологического института. Чтобы исследование было верным, шансы неудачи обычно составляют 1 из 1 744 278. ... Но исследователи часто публикуют свои результаты до того, как у них появятся абсолютные шансы, чтобы не быть обойденными конкурирующей командой, говорит Сигер. Большинство внешних экспертов согласны, что модели исследователей сильны. И Нептун был первоначально обнаружен похожим образом — путем исследования наблюдаемых аномалий в движении Урана. Кроме того, идея о большой планете на таком расстоянии от Солнца на самом деле не так уж и маловероятна, по словам Брюса Макинтоша, планетолога из Стэнфордского университета.
Это
захватывающая и очень захватывающая работа», — говорит Мег Швамб, планетолог из Академии Синика в Тайбэе, Тайвань. Но только шесть тел прокладывают путь к предполагаемой планете. «Достаточно ли этого — все еще вопрос
» .
Сейчас
любой хороший ученый будет настроен скептически, потому что это довольно громкое заявление. И без окончательного доказательства того, что это реально, всегда есть вероятность, что это не так. Поэтому все должны быть настроены скептически. Но я думаю, что пришло время начать этот поиск. Я имею в виду, что мы представляем себе это так, как будто мы предоставили карту сокровищ, где находится эта девятая планета, и мы сделали стартовый выстрел, и теперь это гонка, чтобы на самом деле направить свой телескоп в нужную точку на небе и сделать это открытие девятой планеты». —Майк Браун
{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)нужно больше массы во внешней части Солнечной системы», — сказала она (Мэдиган). «Так что это может произойти либо из-за наличия большего количества малых планет, и их собственная гравитация сделает это с ними самими естественным образом, либо это может быть в форме одной единственной массивной планеты — Планеты Девять. Так что это действительно захватывающее время, и мы собираемся открыть одно или другое.
«
Нам нравится быть последовательными», — сказала
Розали Лопес
, старший научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА и член Рабочей группы по номенклатуре планетных систем МАС. ... Для планеты в нашей солнечной системе быть последовательными означает придерживаться темы давать им имена из греческой и римской мифологии.
Медиа, связанные с Планетой Девять на Wikimedia Commons
