(Caltech/R. Hurt/IPAC) Planet Neun ist ein theoretisch, unentdeckt Riesenplanet in den geheimnisvollen Weiten unseres Sonnensystems.
Es wurde angenommen, dass die Anwesenheit von Planet Neun alles erklärt Neigung der Rotationsachse der Sonne zum scheinbare Häufung in den Umlaufbahnen kleiner, eisiger Asteroiden jenseits von Neptun.
Aber existiert Planet Neun tatsächlich?
Entdeckungen am Rande unseres Sonnensystems
Der Kuipergürtel ist eine Ansammlung kleiner, eisiger Körper, die die Sonne jenseits von Neptun in Abständen von mehr als 30 AE umkreisen (eine astronomische Einheit oder AE ist die Entfernung zwischen der Erde und der Sonne).
Die Größe dieser Kuipergürtel-Objekte (KBOs) reicht von großen Felsbrocken bis zu einem Durchmesser von 2.000 km (1.200 Meilen). KBOs sind übrig gebliebene kleine Teile von Planetenmaterial, die nie in Planeten eingebaut wurden, ähnlich wie der Asteroidengürtel .
Die Entdeckungen der bisher erfolgreichsten Kuipergürtel-Untersuchung, der Umfrage zu den Ursprüngen des äußeren Sonnensystems (OSSOS) , schlagen Sie eine hinterhältigere Erklärung für die Umlaufbahnen vor, die wir sehen. Es wurde festgestellt, dass viele dieser KBOs sehr elliptische und geneigte Umlaufbahnen haben. wie Pluto .
Mathematische Berechnungen und detaillierte Computersimulationen haben gezeigt, dass die Umlaufbahnen, die wir im Kuipergürtel sehen, nur dann entstanden sein können, wenn Neptun ursprünglich einige AE näher an der Sonne entstanden ist, und wanderte nach außen zu seiner jetzigen Umlaufbahn .
Die Wanderung von Neptun erklärt die Verbreitung stark elliptischer Umlaufbahnen im Kuipergürtel und kann alle von uns beobachteten KBO-Umlaufbahnen erklären, mit Ausnahme einer Handvoll KBOs extreme Umlaufbahnen die immer mindestens 10 AE jenseits von Neptun bleiben.
Beweis für Planet Neun?
Diese extremen Umlaufbahnen haben den stärksten Beweis für Planet Neun geliefert. Die ersten wenigen, die entdeckt wurden, waren alle auf einen Quadranten des Sonnensystems beschränkt. Astronomen erwarten, Umlaufbahnen in allen möglichen Ausrichtungen zu beobachten, es sei denn, sie werden durch eine äußere Kraft eingeschränkt.
Das Auffinden mehrerer extremer KBOs auf Umlaufbahnen, die in die gleiche Richtung zeigten, war ein Hinweis darauf, dass etwas vor sich ging. Zwei separate Gruppen Forscher berechneten, dass nur ein großer, sehr weit entfernter Planet alle Umlaufbahnen auf einen Teil des Sonnensystems beschränken könnte, und die Theorie von Planet Neun war geboren.
Planet Neun ist theoretisiert soll fünf- bis zehnmal so massereich wie die Erde sein und eine Umlaufbahn zwischen 300 und 700 AE haben. Es gab mehrere veröffentlichte Vorhersagen für seinen Standort im Sonnensystem, aber noch keines der Suchteams hat es entdeckt. Nach mehr als vier Jahren der Suche gibt es immer noch nur indirekte Beweise für Planet Neun .
Die Suche nach KBOs
Die Suche nach KBOs erfordert eine sorgfältige Planung, genaue Berechnungen und eine sorgfältige Nachverfolgung. Ich bin Teil des OSSOS, einer Zusammenarbeit von 40 Astronomen aus acht Ländern.
Wir haben das genutzt Kanada-Frankreich-Hawaii-Teleskop über fünf Jahre, um mehr zu entdecken und zu verfolgen 800 neue KBOs , was die Anzahl der bekannten KBOs mit gut gemessenen Umlaufbahnen nahezu verdoppelt.
Die von OSSOS entdeckten KBOs haben eine Größe von wenigen Kilometern bis über 100 km (60 Meilen) und eine Entdeckungsentfernung von wenigen AE bis über 100 AE, wobei die meisten bei 40–42 AE im Hauptkuipergürtel liegen.
KBOs strahlen kein eigenes Licht aus: Diese kleinen, eisigen Körper reflektieren nur das Licht der Sonne. Daher sind die Vorurteile gegen die Erkennung in größeren Entfernungen extrem: Wenn man einen KBO zehnmal weiter wegbewegt, wird er 10.000-mal schwächer.
Und aufgrund der Gesetze der Physik werden KBOs auf elliptischen Umlaufbahnen die meiste Zeit an den entferntesten Teilen ihrer Umlaufbahn verbringen. Während es also leicht ist, KBOs auf elliptischen Umlaufbahnen zu finden, wenn sie nah an der Sonne sind und hell sind, sind diese KBOs die meiste Zeit viel schwächer und schwerer zu entdecken.
Das bedeutet, dass die KBOs auf elliptischen Umlaufbahnen besonders schwer zu entdecken sind, insbesondere die extremen, die immer relativ weit von der Sonne entfernt bleiben.
Bisher wurden nur wenige davon gefunden und mit aktuellen Teleskopen können wir sie nur entdecken, wenn sie sich in der Nähe ihres Perizentrums befinden – dem sonnennächsten Punkt auf ihrer Umlaufbahn.
Dies führt zu einem weiteren Beobachtungsfehler, der in der Vergangenheit von vielen KBO-Erhebungen ignoriert wurde: KBOs können in jedem Teil des Sonnensystems nur zu bestimmten Jahreszeiten entdeckt werden. Bodenteleskope sind außerdem durch das saisonale Wetter eingeschränkt, sodass Entdeckungen weniger wahrscheinlich sind, wenn bewölkte, regnerische oder windige Bedingungen häufiger sind.
Entdeckungen von KBOs sind auch in der Nähe der Ebene der Milchstraße, wo unzählige Sterne es schwierig machen, die schwachen, eisigen Wanderer in Teleskopbildern zu finden, viel unwahrscheinlicher.
Was OSSOS einzigartig macht, ist, dass wir diese Vorurteile bei Entdeckungen sehr öffentlich ansprechen. Und weil wir unsere Vorurteile so gut verstehen, Wir können Computersimulationen verwenden um die wahre Form des Kuipergürtels nach Beseitigung dieser Vorurteile zu rekonstruieren.
Von OSSOS und DES entdeckte KBOs kreisen in viele Richtungen. (Samantha Lawler/Minor Planet Center-Datenbank)
Anpassung an Vorurteile
OSSOS hat eine Handvoll neuer extremer KBOs entdeckt, von denen sich die Hälfte außerhalb der begrenzten Region befindet, und dies auch der Fall ist statistisch konsistent mit gleichmäßiger Verteilung. Eine neue Studie (derzeit in Prüfung) bestätigt die nicht gruppierten Entdeckungen von OSSOS . Ein Team von Astronomen nutzt Daten aus dem Dunkle Energie Umfrage (DES) über 300 neue KBOs ohne Umlaufbahncluster gefunden .
Nun haben zwei unabhängige Untersuchungen – die beide ihre Beobachtungsfehler bei der Entdeckung unabhängiger Sätze extremer KBOs sorgfältig verfolgten und berichteten – keine Hinweise auf gehäufte Umlaufbahnen gefunden.
Alle extremen KBOs, die vor OSSOS und DES entdeckt wurden, stammten aus Umfragen, in denen ihre Richtungsverzerrungen nicht vollständig angegeben wurden. Wir wissen also nicht, ob alle diese KBOs im selben Quadranten des Sonnensystems entdeckt wurden, weil sie tatsächlich begrenzt sind oder weil in den anderen Quadranten keine Untersuchungen tief genug durchgeführt wurden.
Wir führten auf zusätzliche Simulationen Dies zeigte, dass extreme KBOs natürlich nur in einem Quadranten des Sonnensystems entdeckt werden, wenn Beobachtungen nur in einer Saison von einem Teleskop aus durchgeführt werden.
Um die Planet-Neun-Theorie weiter zu testen, haben wir uns die Umlaufbahnen aller bekannten „extremen“ KBOs im Detail angesehen und festgestellt, dass alle außer den beiden KBOs mit dem höchsten Perizentrum dies können durch bekannte physikalische Effekte erklärt .
Diese beiden KBOs sind Ausreißer, aber unsere vorherigen detaillierte Computersimulationen des Kuipergürtels, der Gravitationseffekte von Planet Neun beinhaltete, erzeugte eine Reihe „extremer“ KBOs mit Perizentren, die sanft zwischen 40 und über 100 AE lagen.
Diese Simulationen sagen voraus, dass es viele KBOs mit so großen Perizentren wie die beiden Ausreißer geben sollte, aber auch viele KBOs mit kleineren Perizentren, die viel einfacher zu erkennen sein dürften. Warum stimmen die Entdeckungen im Orbit nicht mit den Vorhersagen überein? Die Antwort könnte sein, dass die Planet-Neun-Theorie detaillierten Beobachtungen nicht standhält.
Unsere Beobachtungen mit einer sorgfältigen Untersuchung haben KBOs entdeckt werden nicht durch Planet Neun eingeschränkt , und unsere Simulationen zeigen das Der Kuipergürtel sollte andere Umlaufbahnen enthalten als die, die wir beobachten, wenn Planet Neun existiert .
Um die extremen KBOs mit hohem Perizentrum zu erklären, müssen andere Theorien herangezogen werden, aber es mangelt nicht an vorgeschlagenen Theorien in der wissenschaftlichen Literatur.
Es gibt noch viele schöne und überraschende Objekte zu entdecken geheimnisvolles äußeres Sonnensystem , aber ich glaube nicht, dass Planet Nine einer von ihnen ist. 
Samantha Lawler , Assistenzprofessor für Astronomie, Universität Regina .
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